Загальна схема діагенеза
Щойно сформованих басейновий осад являє собою в переважній більшості випадків пухке або плинне тіло, сильно обводнених, багате мікроорганізмами і складається з вельми різнорідного в хімічному і мінералогічному відносинах матеріалу, частиною твердого, частиною рідкого і газоподібного. Найважливішою рисою цієї сукупності речовин з фізико-хімічної точки зору є відсутність рівноваги між багатьма, що входять в її склад реакційноздатними соедіненіямі- це - неврівноважена і тому нестійка фізико-хімічна система. В осаді є c одного боку бульшее або меншу кількість вільного кисню і багатих киснем речовин, здатних віддавати його (SO42, Fe2O3, Н2О, гідроокисли марганцю та ін.), А з іншого - живі організми (бактерії), які потребують кисні для підтримки існування, а також мертву органічну речовину, що є субстратом для їх життєдіяльності. Що знаходиться в осаді вода, яка не відрізняється в момент утворення осаду від води наддонной, в одних випадках не насичена по ряду хімічних сполук (СаСО3, SiПро2, фосфати, алюмосилікати та ін.), які є в осаді у вигляді мінералів, і при цьому починається процес їх розчинення, в інших - насичена рядом сполук, і досить незначного зміни геохімічних умов (спусковий гачок), щоб почалося осадження твердої речовини. Глинисті мінерали містять різноманітні поглинені катіони, склад (набір) яких був придбаний глинистим речовиною ще в джерелах знесення і на шляхах транспортування і який зазвичай не відповідає складу мулової води і тому неминуче повинен змінюватися при тривалому зіткненні з цією водою. Одним словом, щойно сформованих осад є метастабільною фізико-хімічною системою, що не врівноваженою з багатьох напрямків. Природно, що в осаді негайно після фіксації осадових часток на дні починаються процеси врівноваження, пристосування реакційноздатних компонентів осаду один до одного.
Цей процес фізико-хімічного урівноваження складною і багатокомпонентною системи реакційноздатних речовин в термодинамічних умовах поверхні земної кори і є те, що ми називаємо діагенезом осаду або перетворенням його в породу (Н.М. Страхов).
Досягнення рівноваги здійснюється серією фізико-хімічних процесів, найтіснішим чином пов`язаних один з одним і становлять єдине і нерозривне ціле.
Самим раннім з цих процесів є поглинання організмами вільного кисню з мулової води (окислювальний етап діагенеза). Після цього, коли в системі не залишається вільного кисню, починаються процеси редукції гідроксиди заліза, марганцю, ванадію, хрому та ін., А також редукція сульфатів. (Коли вільного кисню в системі вже не залишається, бактерії починають використовувати кисень названих кисневмісних сполук-ці з`єднання при цьому відновлюються). Середу опади з окисної перетворюється в відновну (починається відновлювальний етап діагенеза). Eh середовища знижується, а рН після деякого зниження в самому початку процесу зазвичай підвищується. Розкладається органічна речовина, переходячи в гази (СО2, H2S, Н2, N2, NH3 та ін.). Процес бактеріального відновлення сульфатів супроводжується утворенням вуглекислого газу, збільшення концентрації якого в системі сприяє розчиненню карбонатних компонентів осаду. Наявні в осаді тверді фази СаСО3, МgСО3, SrCO3, SiO2 і ін. речовин, які тривалий час стикаючись з водою, не насиченою ними, поступово розчиняються, досягаючи стану насичення (насичених розчинів). Між катіонами, що знаходяться в поглиненої стані на глинистих мінералах, і катіонами мулової води відбувається обмін, в результаті якого змінюється склад як мулового розчину, так і поглиненого комплексу глинистих мінералів, багато малих хімічні елементи в більшій чи меншій мірі збагачують муловий розчин.
В результаті всіх цих процесів вода, що просочує осад, змінює свій склад. Вона в більшій чи меншій мірі позбавляється сульфатів, різко підвищує свій лужної резерв, збагачується залізом, марганцем, кремнеземом, органічною речовиною, фосфором, малими елементами, позбавляється кисню, замість якого накопичуються сірководень, метан, вуглекислий газ, аміак, водень. Eh падає до -150 ...- 300 мВ, рН коливається від 6,8 до 8,5. Виникає геохімічний світ, різко відмінний від світу наддонной води, хоча і знаходиться в найближчому з ним сусідстві.Оформлення специфічних мулових розчинів дає поштовх двом важливим, але істотно різним процесам.
Перший полягає в ldquo-обміні веществrdquo- між наддонной водою седиментационного басейну і муловим розчином. цей ldquo-обмін веществrdquo- здійснюється завдяки виникненню концентраційних градієнтів між муловим розчином і наддонной водою. Наприклад, в муловому розчині завдяки процесу відновлення SO42 його концентрація знижується і цей іон починає дифундувати з наддонной води в осад. З іншого боку, гази та інші хімічні елементи і з`єднання, що генерують в мулу внаслідок розкладання органічної речовини, повільно дифундують в наддонной воду. цей ldquo-обмін веществrdquo- між осадом і наддонной водою може захоплювати осад на різну глибину в залежності від багатьох факторів.
Інший важливий процес, який йде в зоні діагенеза - це Аутигенне мінералоутворення. Сполучення деяких іонів, що знаходяться в розчині, рано чи пізно досягають стадії насичення розчину тим чи іншим речовиною, яке випадає в осад, утворюючи діагенетіческіе мінерали. Процеси минералообразования тісно пов`язані з ldquo-обміном веществrdquo- між осадом і наддонной водою, про що ми говорили вище. Це легко проілюструвати на такому прикладі. Вуглекислий газ, який активно генерується в осаді в ході розкладання органічної речовини і сприяє спочатку утриманню в розчиненої формі карбонатів, починає повільно дифундувати в наддонной воду-видалення з системи СО2 може призводити до випадання карбонатних мінералів.
Найбільш поширеними мінералами стадії діагенеза є сульфіди заліза (пірит, марказит, гідротроіліт, Грейг, Мельникова), карбонати (кальцит, арагоніт, доломіт, магнезійний кальцит), фосфати (Поділ, Курська, коллофаніт, керченіт), силікати (каолініт, гідрослюда, монтморилоніт , смешаннослойние фази, палигорськіт, сепіоліт, глауконіт, лептохлоріти, цеоліти), оксиди і гідроксиди заліза, марганцю, кремнія- в евапорітових опадах утворюються гіпс, ангідрит, целестин, барит, кам`яна сіль і ін.
Аутигенні мінерали стадії діагенеза зустрічаються у вигляді розсіяних дрібних зерен в масі осаду, часто утворюють пелітоморфних агрегати, колломорфниє виділення, плівки, утворюються метасоматически за первинними (аллотігенним) мінералів (це стосується, в першу чергу, алюмосилікатів), псевдоморфози по рослинним залишкам, а також складають конкреції (стяжения), жовна, глобули, бобовіни, конкреційні прошарки і цементуючу масу осаду. Важливим продуктом діагенеза є конкреції, яким буде присвячена спеціальна лекція.
Конкреції утворюються зазвичай (але не завжди) на завершальних етапах діагенеза. Строкатість фізико-хімічної обстановки (по рН, Eh, концентрації іонів) в різних ділянках осаду призводить до того, що речовина, спочатку поширене більш-менш рівномірно в осаді, починає перерозподілятися, йдучи з одних місць і створюючи згущення в інших (виникають плями невизначених обрисів, лінзи, стяжения). Виникають конкреції - карбонатні, сульфідні, фосфоритові, крем`яні. Рівномірний розподіл аутигенних мінералів поступово змінюється нерівномірним. Мінерали дають стяжения в різних точках осаду (затравки для росту стяженій бувають неоднорідності осаду - раковини, рослинні залишки, уламкові зерна), відокремлюючи в більшій чи меншій мірі один від одного. Відбувається диференціація індивідуальних речовин.
Так, в результаті складної серії взаємопов`язаних процесів вихідна фізико-хімічно метастабільна багатокомпонентна система легкоподвіжних реакційноздатних речовин - твердих, рідких, газоподібних - перетворюється в систему, близьку до равновесію- осад стає породою.
Відео: як видалити вірус? Trackid = sp-006
Одночасно з фізико-хімічними перетвореннями мають місце зміни фізико-механічних властивостей: опади у деякій мірі ущільнюються, втрачають свою поровим воду, яка спочатку віджимається по найбільш проникним зонам осаду назад в басейн накопичення опадів, а потім по товщі осаду. При перерозподілі речовин і формуванні конкрецій утворюються щільні скам`янілі ділянки. Деякі види осадового матеріалу стають щільними (літіфіціруются) в результаті хімічних процесів (в основному карбонати), деякі кілька ущільнюються механічно (в основному глини).
Джерелом енергії для протікають фізико-хімічних процесів на стадії діагенеза є внутрішня енергія самої системи, запасені в стадію седиментогенеза (головним чином в органічній речовині) і звільняється в ході врівноваження самої системи.
Ми розглянули саму загальну схему діагенеза, причому в основному орієнтувалися на морські відкладення. Але найкраща схема не може точно відображати реальну природу. Існує безліч відхилень від неї, які залежать від безлічі причин. Наприклад, ми говорили про окислювальному і відновному етапах діагенеза. Однак, в умовах, коли в осаді є велика кількість органічної речовини, окисного етапу може практично взагалі не бути. Ми говорили про процес відновлення сульфатів як про один з найбільш важливих диагенетических процесів. Це справедливо для морських відкладень, адже морська вода містить досить багато сульфат-іона. А в разі діагенеза прісноводних озерних опадів процес сульфат-редукції може бути практично не виражений через відсутність в прісній воді сульфат-іона. Подібні приклади можна продовжувати. І ми це частково зробимо в наших наступних лекціях, присвячених стадії діагенеза.
