
Стать горной породой: диагенез
Горные Породы 0 КомментариевОбразующиеся вследствие разрушения горных пород земной коры обломочные материалы переносятся к осадочным бассейнам и накапливаются в них. Затем происходит превращение разрозненных фрагментов в цельную горную породу. Связанные с этим процессы объединены под общим названием «диагенез».
Осадочные горные породы,в изобилии встречающиеся в земной коре, являются результатом целого ряда физических и химических процессов внутри обломочных материалов, способствующих их уп лотнению, отвердению и превращению в единое целое. Совокупность этих процессов, называемая диагенезом, приводит, в частности, к образованию песчаника из песка или вулканических туфов из вулканического пепла.
ПРОЦЕССЫ ДИАГЕНЕЗА
Явление диагенеза включает в себя множество физических, химических и биологических процессов, которые приводят к преобразованию рыхлых осадков. Результат этих процессов во многом зависит от минералогического состава осадочного материала и окружающей среды(глубоководная морская среда и т.п.), но всегда выражается в литификации (окаменении) или, иными словами, превращении осадочного материала в горную породу. Основными диагенетическими процессами являются уплотнение, цементация, растворение и трансформация минералов.
УПЛОТНЕНИЕ
По мере накопления осадочных материалов происходит их уплотнение под тяжестью образующихся выше слоев. Пример такого уплотнения можно видеть на фотографии. В результате, объем горной породы уменьшается за счет сокращения пористости и вытеснения влаги, присутствующей между зернами. Уплотнение материалов происходит по-разному и зависит от минерального состава, размера и формы составляющего горную породу зерна, ее пористости и т.д.
МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЕ ТРАНСФОРМАЦИИ
Основополагающий процесс диагенеза, заключающийся в замещении одних минералов другими, способен привести к полной смене исходного состава горной породы. Так, к примеру, горная порода, в основе которой лежит карбонат кальция (известняк), может частично или полностью замещаться карбонатом магния, превращаясь в доломиты. Такой процесс называется доломитизацией. Минералогические трансформации не являются необратимыми, поэтому доломиты могут превратиться в известняки в результате процесса обызвествления (кальцификации или дедоломитизации). Другим распространенным видом минералогических трансформаций является рекристаллизация, меняющая не состав, а форму и размеры минералов. Слева вы видите доломитовые формации в Национальном парке Брус, который расположен на юге Онтарио, Канада.
РАСТВОРЕНИЕ
Как несложно догадаться из названия, этот процесс заключается в растворении ряда минералов, присутствующих в осадочном материале или горной породе. Это явление можно часто наблюдать в руслах рек, особенно с сильным течением. Его следствием является образование так называемой вторичной пористости. На фотографии слева — осадочные материалы, принесенные бурей на коста-риканское побережье.
ЦЕМЕНТАЦИЯ
В ходе цементации в пустотах внутренней структуры новообразованных горных пород происходит осаждение минералов из циркулирующих по ним водных растворов. В качестве цемента могут выступать самые разные минералы, но, как правило, это силикаты (кварц), карбонаты (например, кальцит) и железистые минералы (в первую очередь, гематит, придающий горным породам насыщенный красный цвет).Образование цементов увеличивает спаянность компонентов горной породы и ее твердость.
ФАКТОРЫ, ОГРАНИЧИВАЮЩИЕ ДИАГЕНЕЗ
Основными ограничивающими факторами диагенеза являются температура, давление и время. Диагенетические процессы происходят при температуре от 20 до 300 °С, обычной для верхней части земной коры, и давлении до 1 килобара (на глубине менее 10 километров). При дальнейшем их повышении речь идет уже о метаморфизме, существенным образом изменяющем свойства осадочных горных пород. Горные породы подвержены диагенетическим трансформациям с момента отложения и погребения под более свежим осадочным материалом, вплоть до возвращения к поверхности Земли, где они снова разрушаются и превращаются в осадочный материал. На фотографии вы видите «Дыры Бурке» (долина реки Блайд) промоины в песчанике, образовавшиеся под действием речной воды. Это чудо природы находится в южноафриканской провинции Мпумаланга.
ЭТАПЫ ДИАГЕНЕЗА
Несмотря на то что границы между диагенезом, выветриванием и метаморфизмом не всегда очевидны и зачастую очень условны, диагенетическое развитие горной породы можно подразделить на три этапа: протодиагенез (ранний диагенез), мезодиагенез (средний диагенез) и катагенез (поздний диагенез).
ПРОТОДИАГЕНЕЗ
На начальной стадии диагенеза происходит накопление осадков, их уплотнение, гидратация и окисление частиц органического вещества за счет аэробных бактерий и микрофлоры. Формируются железомарганцевые конкреции, кристаллы целестобарита, цеолиты, железистые смектиты (слева вы видите осадочный материал с элементами растительности). Эти процессы, продолжительностью до 1000 лет, способствуют слипанию обломочных частиц и формированию первичной слабосцементированной осадочной породы.На данной стадии происходит завершение формирования горной породы, причем важнейшим следствием этого процесса является уплотнение пород, протекающее сначала без нарушения их структуры, а затем и с нарушением. Сформировавшиеся горные породы могут вновь активно взаимодействовать с дождевой водой, растворяющей их и значительно увеличивающей пористость. Круговорот формирования и разрушения повторяется. Примером тому служат карстовые образования, имеющие очень характерную форму. На фотографии — один из самых удивительных карстовых рельефов, расположенный в провинции Краби, Таиланд.
МЕЗОДИАГЕНЕЗ
Характеризуется уплотнением осадочных материалов под весом новых поступлений осадочного бассейна и сопровождается уменьшением пористости и литификацией, приводящих к образованию различного рода осадочных пород. Уплотнение приводит к вытеснению из осадочных горных пород влаги, что вызывает различного рода минералогические реакции в материалах, через которые она проходит, а также общую цементацию горной породы. На этом этапе многие минералы теряют содержащуюся в их составе воду (дегидратация) и превращаются в новые виды. Гипс, в частности, становится ангидридом. Нижняя граница диагенеза составляет около 10 километров, длительность процесса может составлять миллионы лет.
КАТАГЕНЕЗ
На данной стадии происходит завершение формирования горной породы, причем важнейшим следствием этого процесса является уплотнение пород, протекающие сначала без нарушения их структуры, а затем с нарушением. Сформировавшиеся горные породы могут вновь активно взаимодействовать с дождевой водой, растворяющей их и значительно увеличивающей пористость. Круговорот формирования и разрушения повторяется. Пример тому служат карстовые образования, имеющие очень характерную форму.