Если река разгружается в бассейн со спокойной водой, гравийные частицы откладываются у берега, песок несколько дальше, а илы еще дальше от берега. Таким образом, зоны с обломками разной величины располагаются последовательно, образуя полосы, приблизительно параллельные берегу. Эта идеальная схема осадконакопления часто нарушается благодаря изменчивому количеству поступающих осадков и воздействия волн и течений. Поэтому материал в осадках редко бывает однородным, т.е. отсортированным. Сортировка по величине оказывается несовершенной из-за разницы в форме и удельном весе частиц, недостатка времени для завершения процесса естественной сортировки, изменений в режиме транспортировки.
Валуны широко распространены среди ледниковых образований в горных областях. В случае выноса мелкого материала на местности образуются своеобразные ландшафты - валунные поля. Конгломерат - сцементированная порода, состоящая из обломков крупнее 10 мм. Состав гальки и цемента может быть различный. Конгломераты, залегающие в основании серии осадков, называются базальными и указывают на размыв и условия мелководья. Щебень образуется при механическом разрушении горных пород и скапливается у подножий склонов. Брекчии образуются в результате обвалов, оползней, выщелачивания, а также при тектонических движениях (тектоническая брекчия) и вулканической деятельности (вулканическая брекчия). Галечник и гравий образуются при переносе обломков водными потоками или в результате действия морского прибоя. В процессе переноса обломки окатываются, приобретая хорошо отполированные округлые формы. По своему происхождению галечник и гравий могут быть речными, озерными, морскими, ледниковыми. Песчаник - сцементированная порода из частиц размером 0,1 - 2 мм. Большинство зерен песка представляет собой обычно кварц, так как он очень твердый, химически устойчивый и поэтому лучше других минералов сохраняется при разрушении. Мономиктовые песчаники состоят из одного типа пород, олигомиктовые из двух, а полимиктовые из трех и более типов пород. Песчаники делят на мелкозернистые (зерна размером 0,1 - 0,25 мм), среднезернистые (0,25 - 0,5 мм) и крупнозернистые (0,5 - 2 мм).
Зерна алевролита слишком малы, чтобы их можно было различить невооруженным глазом, но алевролит шероховатый на ощупь. Слоистость в алевролитах бывает очень тонкая, и вследствие этого визуально не всегда с уверенностью можно отличить алевролиты от аргиллитов.
Глинистые породы занимают промежуточное положение между обломочными и химическими. Вещество глинистых пород очень сложно и различно по своему происхождению. Это смесь материала, образовавшегося на суше в корах выветривания и почвах, а затем снесенного в бассейны осадконакопления, и минералов, возникших при раскристаллизации коллоидов и осажденных из истинных растворов. В глинах можно выделить терригенные (обломочные) и аутигенные (образовавшиеся на месте) компоненты. По современным представлениям, в осадках Мирового океана преобладают терригенные глины. Аутигенные глины занимают подчиненное положение. По минералогическому составу различают мономинеральные (каолинитовые, гидрослюдистые, монтмориллонитовые, хлоритовые и др.), олиго- и полиминеральные глины и глинистые породы. Литифицированные глины называют аргиллитами.
Конечно, в природе не бывает чистых песков, алевритов и глин. Обычно они встречаются в виде смеси с преобладанием частиц какого-то размера. Весовое содержание каждой фракции определяют с помощью ситового анализа. Название осадку и породе дают по преобладающей составляющей, например: глина песчаная, алеврит глинистый.
Если в породе от 10 до 30 % глины, а остальная масса приходится на алеврит и песок, ее называют суглинком. Когда содержание глинистой фракции составляет всего 5 - 10 %, порода называется супесью. При определении пластичности осадок замешивают с водой в тесто и раскатывают между пальцами. Настоящие глины раскатываются в очень тонкую нить (тоньше 2 - 3 мм), суглинки в более толстую, диаметром свыше 2 - 3 мм, а супеси не раскатываются. Толщина нити является мерой глинистости и пластичности. В районах развития вулканической деятельности в осадках всегда содержится вулканический пепел. Если пепла, т.е. пирокластического материала, менее половины, то осадки называются туфогенными - туфогенный песок, туфогенный алеврит, туфогенная глина. Когда количество вулканогенного материала превышает 50 %, рыхлую породу называют: песчаный вулканический пепел, алевритовый вулканический пепел; глинистый вулканический пепел.
В случае литификациии вулканогенные породы называются туффитами (когда пирокластических обломков 50 - 90 %) или туфами (если пирокластов более 90 %).
С обломочными породами связаны россыпные месторождения. Они образуются за счет скопления продуктов разрушения различных горных пород, среди которых содержатся минералы, представляющие промышленный интерес. Россыпные месторождения формируются в процессе переноса и сортировки по удельному весу поверхностными водами обломков, содержащих полезные минералы. В результате полезные минералы концентрируются в определенных местах россыпи. Таким путем за счет разрушения коренных пород, содержащих даже непромышленные концентрации полезных минералов, могут образоваться промышленные россыпные месторождения, т. е. месторождения с такой концентрацией полезного минерала, при которой разрабатывать его экономически целесообразно. Концентрация полезного минерала определяется обычно его содержанием на одну тонну или один кубический метр породы. В зависимости от того, какой полезный минерал содержат россыпи, они подразделяются на золотоносные, платиноносные, оловоносные, алмазоносные и др.
Щебень широко применяется как балластный материал в строительстве, особенно при сооружении железнодорожных путей и шоссейных дорог. Галечник и гравий - отличный строительный материал, широко используемый в качестве наполнителя для бетона и в строительстве автомобильных дорог. Глины способны давать с водой пастообразные массы различной консистенции, способные сохранять форму и при обжиге приобретать каменистую прочность. Это свойство глин широко используется в керамической промышленности для производства разнообразной посуды и в строительстве для изготовления кирпича. Каолинитовые и монтмориллонитовые глины используют для приготовления буровых растворов.
Песчаники являются коллекторами нефти и газа, углеводороды скапливаются в их поровом пространстве. Аргиллиты - покрышки для залежей нефти и газа.
5.3 Хемогенные осадочные породы
При достижении достаточно высокой концентрации определенных ионов в растворе может начаться выпадение химического осадка. Вещество, растворенное в процессе выветривания и переносимое в растворенном виде, обычно достигает моря раньше, чем его концентрация станет достаточной для выпадения в осадок. Море служит, следовательно, огромной кладовой для растворенного материала. В итоге часть этого материала осаждается, образуя слои хемогенных осадков. К хемогенным осадкам относятся следующие осадочные породы,
Известняк состоит главным образом из карбоната кальция, преимущественно в форме кальцита. Известняки накапливаются в результате либо химического осаждения неорганического кальцита, либо накопления огромного количества известковых раковин, а также при совмещении этих двух процессов. Чистые известняки накапливаются в относительно спокойной мелкой воде, в акваториях, прилегающих к низменным участкам суши. В холодной воде растворимость карбоната кальция повышается, поэтому карбонатные осадки не образуются в северных морях. В морских акваториях известняки выпадают только на глубинах до 4 км. Дело в том, что раковины отмирающих планктонных организмов с кальцитовым скелетом, достигая глубины около 4 км, попадают в зону холодных вод и растворяются.
Если в известняках присутствует большое количество глинистых частиц, то образуется мергель.
В карстовых пещерах происходит растворение известняка и переотложение его в виде сталактитов (нарастают в виде сосулек на потолках) и сталагмитов (нарастают на полу пещер).
Доломит - порода, состоящая из минерала доломита CaMg(CO3)2. Для ее образования необходим жаркий тропический или субтропический климат. При последующем размыве обломки доломита могут выноситься в море с оразованием из них обломочной доломитовой породы.
Железистые минералы. Некоторые железосодержащие минералы могут накапливаться химическим путем. Слои или конкреции лимонта (водный гидроксид железа) могут формироваться на дне озер или болот. В некоторых толщах морских осадочных пород встречаются слои гематита Fe2O3 мощностью несколько метров. Железистый карбонат сидерит FeCO3 также может накапливаться на мелководье в условиях восстановительной среды. Появление пирита FeS2 в осадочных горных породах связано с разложением органических остатков в восстановительной среде. Примеси пирита в угле при сжигании приводят к выбросу в атмосферу сернистых газов и образованию «кислотных дождей».
Фосфатные породы. Фосфатные конкреции образуются на разбросанных по всему Мировому океану участках современного дна, на глубинах 30 - 300 м. Их генезис химический, биохимический либо биогенный. Фосфатные породы могут также образоваться на дне озер или в глубоководных зонах морей. Фосфоритами называются породы, более чем наполовину сложенные фосфатами кальция. Содержащие фосфор отложения - ценное сырье для изготовления минеральных удобрений.
Марганцовистые осадки. Оксиды марганца накапливаются в виде конкреций на дне озер и в море. Согласно расчетам, на 1 км2 дна Тихого океана приходится 7300 т марганцевых конкреций. В них содержится 24 % марганца и 14 % железа; одновременно в них присутствуют такие весьма ценные элементы, как никель, медь, кобальт. Стоимость запасов конкреций из расчета на 1 км2 дна оценивается цифрой более 2,35 млн. долларов.
Кремнистые породы встречаются как в форме конкреций в известняках и доломитах, так и в виде отдельных слоев. Кремень представляет собой агрегаты кварца, микрокристаллического халцедона и аморфного (опал) кремнезема. В современных осадках накопление опала SiO2 . nH2O зачастую происходит биогенным путем. Экстрагируя кремнезем из вод бассейна седиментации, организмы (диатомеи, радиолярии, кремневые губки, силикофлагелляты) строят из опала скелетные элементы, которые оседают на дне. Глубоководные участки Мирового океана часто покрыты кремнистыми осадками. Трепел - слабо сцементированная, очень легкая, тонкопористая опаловая порода, содержащая мало или почти лишенная органических остатков. Опал может осаждаться из вод гейзеров в районах развития вулканической деятельности. Кремнистые породы, окрашенные преимущественно оксидами железа и марганца в красные, желтые, коричневые, иногда зеленые цвета, носят название яшмы. Это хороший материал для ценных поделок и ювелирных украшений.
Бокситы образуются в условиях жаркого и влажного климата при химическом разложении полевошпатовых горных пород. Цвет светло-серый, красный, бурый. Переотложенные бокситы бывают озерного или морского происхождения. По сложению это рыхлые пористые или плотные с оолитовой структурой породы. Применяются для производства алюминия. Эвапориты. Морская вода содержит около 3,5 % растворенного твердого вещества. В случае ее испарения в замкнутом бассейне образуются пересыщенные растворы и происходит последовательное выпадение ряда осадков:
CaCO3 CaMg(CO3)2 CaSO4 . 2Н2О NaCl KCl
кальцит доломит гипс каменная соль калийные соли
Калийные соли встречаются редко, потому что для их образования требуются экстремальные условия испарения, а они достигаются нечасто. В истории Земли известны периоды жаркого климата, когда возникали благоприятные условия для образования соленосных толщ мощностью более 500 м на территории несколько сотен кв. км. Это девонский, пермский и неогеновый периоды.
В некоторых пустынных озерах соли растворены в другой пропорции по сравнению с морской водой, и в них образуются соли бора, осадки с высоким содержанием нитрата натрия, калийной селитры и других соединений.
Хемогенные осадочные породы находят широкое применение в различных отраслях промышленности. Из известняков путем обжига готовят известь, их используют как флюс в металлургической промышленности, в качестве наполнителя в строительстве. Из железистых и марганцовистых осадков извлекают Fe и Mn, из бокситов - алюминий. Кремнистые породы используют как поделочный материал; каменные соли используют в пищевой промышленности, а калийные - как удобрение и химическое сырье.
5.4 Органогенные породы
Органогенные породы образуются в результате жизнедеятельности организмов.
Известняки органогенного происхождения состоят из остатков известковых раковин водных животных и водорослей, которые жили в морях и озерах. Ракушечники состоят из раковин различных моллюсков (обычно двустворок и гастропод); мел - из известковых скелетиков мельчайших одноклеточных водорослей и простейших.
Опоки - кремнистые породы, состоящие из зернышек опала SiO2* nН2О с примесью кремневых скелетиков мелких организмов.
Диатомит похож на трепел, но в нем лучше сохранились кремневые скорлупки диатомовых водорослей.
Ископаемые угли образуются за счет разложения растительных остатков без доступа воздуха. В зависимости от содержания углерода ископаемые угли подразделяются на бурые, каменные и антрациты.
Горючие сланцы - глинистые, известковистые или кремнистые осадочные породы с содержанием органического вещества (керогена) в количестве 10 - 80 %.
Нефть - продукт преобразования органики в условиях высоких давлений и температур. Поскольку нефть легче воды, она перемещается в вышележащие слои и скапливается в породах-коллекторах. На вид это маслянистая жидкость бурого, темно-коричневого, красновато-коричневого, иногда слегка желтоватого цвета.
Янтарь - затвердевшая смола хвойных деревьев, преимущественно палеогенового возраста (25 - 30 млн. лет). Обычно это смола древних елей, которая хорошо сохраняется в прибрежных песчаных осадках.