Труды геологического института. Выпуск 292. Проблемы геохимии современного океанского литогенеза

На примере Атлантического и Тихого океанов, а также Японского, Охотского, Берингова И Черного морей выполнен теоретический анализ геохимии современного морского литогенеза. Выяснилось второстепенное значение питания океанов вулканическим материалом и локальность его влияния на химию осадков. Пирокластика отчетливо воздействует на него лишь в непосредственном соседстве с вулканическими очагами, а эксгалящии — только на отдельных участках срединно-океанических хребтов; при этом скорость подачи эманации измеряется здесь величинами от 2 до 16 лег/ом2 за 1000 лет.

Решающую роль в питании океанов осадочным материалом играет снос с водосборных площадей. Применение метода абсолютных масс в разных модификациях в сочетании с методом балансов и методом генетических модулей позволило дать общую схему распределения в осадках Сорг, СаСОз, 8Ю2, Ре, Мп, Р и многих микроэлементов, а также показать решающую роль в этом процессе гидродинамического режима поверхностных вод, органического мира и морфометрии океанов при весьма малом влиянии климатического режима.

В сравнении с океанами геохимический процесс в краевых и внутриконтинентальных морях резко трансформирован, что вызвано главным образом малыми размерами этих морей и отчасти (в Черном море) аномальным гидрохимическим режимом.

Теоретические представления о геохимии современного океанского литогенеза отличаются, как известно, расплывчатостью и противоречивостью.

На заре научной океанологии Дж. Мерреем и А. Ренаром (Миггеу, Кепага, 1891) была развита концепция, согласно которой прибрежные и гемипелагические отложения океанов возникли за счет материала, поступавшего с водосборных площадей, пелагическая же красная глина и абиогенная часть кремнистых и карбонатных илов — за счет вулканогенного, выброшенного при извержениях и претерпевшего глубокие химические преобразования на дне. Одновременно за счет пеплов сформировались в пелагиали и характерные Ре-Мп стяжения. Почти одновременно К. Гюмбель высказал мысль, что пелагические стяжения — результат эксгаляций подводных вулканов.

Трактовка Дж. Меррея и А. Ренара держалась несколько десятилетий, пока, наконец, в 50—60-е годы текущего века не было окончательно доказано разными путями, что глинистые минералы — каолинит, гидрослюда, хлорит в пелагических илах океанов имеют аллотигенное происхождение, и только монтмориллонит в некоторой своей части, а не полностью, вероятно, аутигенный и возник на дне за счет преобразования пеплов. Одновременно было подтверждено старое указание Ф. Кларка (С1агке, 1924), что пелагические илы океанов сильно обогащены Ре, Мп и микроэлементами, а железо-марганцевые стяжения широко распространены и являются часто рудными образованиями. Стройная концепция Дж. Меррея и А. Ренара оказалась все же ошибочной; начались поиски новой.

В принципе были допустимы два источника элементов в пелагиали океанов: поствулканические эксгаляций со дна, на которые давно указывал К. Гюмбель, и экзогенные вещества, вносимые с водосборов.

При этом большинство литологов и геохимиков (особенно в СССР) пошло за К. Гюмбелем и стало видеть источник Ре, Мп и микроэлементов осадков в эксгаляциях подводных вулканов. В 1960 г. К. Ведеполь попытался доказать это расчетом геохимического баланса Тихого океана и получил, по его мнению, удовлетворительный положительный результат (\УейероЫ, 1960). Но двумя годами раньше, Е. Гольдберг и Г. Аррениус, применив другой метод расчета геохимического баланса, пришли к заключению, что повышенные содержания элементов в пелагических глинах имеют экзогенное, а не вулканическое происхождение (СоЫЪег§, АггЬе-пш8, 1958). Для надежного баланса в то время базы еще не было.

В поддержку эксгалятивной концепции пытались привлекать широкое распространение вулканических гор на дне Тихого океана (10 000 гор — К. К. Зеленов, 1961, 1963), хотя оставалось совершенно неизвестным, сколько из них действительно были активными хотя бы в последние тысячелетия и могли поставлять эксгаляции. Пытались использовать данные по подводным гидротермам индонезийского вулкана Бану-Вуху, чтобы показать, что если даже у части подводных вулканических гор эксгаляции были такой же силы, как у названного вулкана, то их достаточно, чтобы объяснить накопление Ре, Мп и микроэлементов в пелагических глинах океанов и в Ре-Мю. стяжениях (Зеленов, 1965). Доказательства, как видим, более чем сомнительные.
Нужно признать, однако, что сторонники экзогенной концепции (К. К. Турекьян, Е. Гольдберг, Г. Аррениус, автор этих строк) могли до сих пор только качественно обосновать возможность обогащения пелагических глин и стяжений Ге, Мп и микроэлементами за счет сноса с водосборов. Количественные расчеты отсутствовали, и потому экзогенная гипотеза не давала однозначного решения вопроса.Таким образом, в трактовке геохимии современного океанского литогенеза десятилетиями шло противоборство «вулканизма» и «нептунизма» без определенного конечного результата.
Как всегда, появилось эклектическое решение, признававшее оба источника вещества для пелагических накоплений Ре, Мп и микроэлементов: и вулканогенный и экзогенный, но без обоснования относительной роли каждого и, что особенно важно, без указания критериев для определения этой роли. Такая позиция отражена, например, в обширной коллективной монографии, посвященной осадкообразованию в Тихом океане (Тихий океан, 1970). Эта позиция, понятно, не продвигала решение вопроса, а по существу уклонялась от него.
Океан — это колоссальная масса постоянно движущейся воды, причем движущейся не хаотически, а закономерно. Ее, поверхностному слою (200—250 м) присуща система устойчивых (квазистационарных) огромных циркулярных течений, между которыми располагаются малоактивные халистазы. Эта система, как выяснилось, свойственна в ослабленном виде и более глубоким — промежуточным и даже глубинным слоям воды до нескольких тысяч метров (3500? м). Такая же циркуляция характерна и для нижних слоев атмосферы, прилегающих к поверхности океана. В сущности, именно динамический режим атмосферы создает указанную цирку-лярно-халистатическую систему в океанской водной толще. Терригенный материал, сбрасываемый в океан, подхватывается циркулярными течениями, разносится ими и откладывается на дно, образуя осадок. Поскольку всякое поступательное движение водной массы всегда сопровождается ее более или менее значительным вертикальным перемешиванием,— а в ха-листазах движение воды резко ослаблено — планктонная пленка в областях циркулярных течений отличается большой биомассой и продуктивностью, а в халистазах, наоборот,— бедностью («биологическиепустыни»). При такой ситуации, естественно, напрашивается вопрос: находит ли отражение в распределении разных компонентов осадка гидродинамическая система поверхностных вод? Если отражается, то у каких компонентов и как именно? К сожалению, эти простые и элементарные вопросы даже не поставлены в современных работах по осадкам океанов, как частных, так и сводных. Пожалуй, только в вопросе о распределении в осадках Сорг сделаны первые шаги; остальные компоненты не затронуты вовсе. Любопытно, что в сводных работах, например вышеупомянутой монографии по осадкам Тихого океана (1970), в недавней работе А. П. Лисицына по осадкообразованию в океанах вообще (1974) во вступительных главах описывается гидродинамический режим поверхностного и более глубоких слоев, но в дальнейшем, когда авторы переходят к осадкам и их генезису, данные по гидродинамическому режиму забываются и не используются; изучение осадочного процесса ведется так, как будто он происходит в стоячей воде. Такой подход в корне противоречит природному процессу и, конечно, не способствует развитию его теории.
Осадки каждого океана изучаются в настоящее время обособленно, вне сопоставления с осадками других океанов и особенно — с осадками морей. Но вещи познаются сравнением, и для того, чтобы глубоко познать океанское осадкообразование и его специфику, нужно не игнорировать морские водоемы, а включать их в работу как необходимые звенья. Ибо только таким путем и могут быть познаны особенности океанского осадкообразования сравнительно с седиментацией других, меньших по размеру водоемов.
Совершенно очевидно, что прогресс в теоретическом познании геохимии океанского литогенеза требует замены существующего, главным образом описательного, подхода новым. Он заключается в постановке теоретических проблем и поисках методик, которые позволили бы давать конкретные и по возможности количественные решения. В настоящей работе автор стремился показать реальную возможность такого подхода уже сейчас. Выделены три кардинальные проблемы.
Первая проблема — отыскание объективных критериев наличия в океанических осадках эксгалятивных компонентов; очерчивание с помощью этих критериев достоверных площадей подводных эксгаляции на океаническом дне; выяснение специфики геохимического процесса на таких площадях; определение интенсивности влияния пирокластики на химический состав отложений.Вторая — механизм распределения и накопления компонентов, поступающих в океаны с водосборов и возникающих в них самих; роль мор-фометрии, гидродинамики поверхностных вод, биоса и климата в этом процессе.
Третья — трансформация океанского геохимического процесса в краевых и внутриконтинентальных морях и зависимости от их морфометрии, гидрохимического и газового режима.Все проблемы образуют единую логическую цепь: без надежного решения первой невозможны уверенные заключения по второй, без двух первых — невозможен анализ проблемы третьей. Взятые вместе, эти проблемы не только необходимы, но и достаточны — при надлежащем их решении — для получения некоторой общей теоретической концепции современного океанского литогенеза.Исследование их выполнено сочетанием метода абсолютных масс в разных его модификациях с методом балансов и с методом генетических модулей, в данном случае модулем (Ре+Мп)/Т1 в качестве показателя наличия эксгалятивных веществ в осадке; использование модуля оказалось особенно важным и плодотворным для первой — ключевой — проблемы. Эта комплексная методика позволила открыть ряд новых фундаментальных фактов и на базе их создать общую теоретическую концепцию океанской геохимии, излагаемую в этой книге.
Двадцать лет назад автор впервые сформулировал идею о типах осадочного процесса на континентальном блоке, выделив ледовый, гумидный, аридный и вулканогенно-осадочный типы. В двух монографиях эта идея подверглась затем детальной разработке (Страхов, 1960—1961,19636). Таким образом, мы сейчас располагаем учением о литогенезе на континентальном блоке для всего фанерозойского времени. Думается, что наступило время сделать следующий шаг: приступить к разработке теории литогенеза океанского сектора земной коры и выяснению его типов, с тем чтобы увязать их должным образом с осадочным породообразованием на континентальном блоке и получить, наконец, глобальную концепцию фанерозойского литогенеза.
В настоящей книге эта огромная задача не ставится в полном объеме. Но она постоянно «светила» автору при работе над монографией, и он сделал все, что пока возможно по части геохимии океанского литогенеза, чтобы приблизить решение задачи в полном объеме.
Литология поднимается на новый, более высокий уровень, приступает к исследованию глобальной задачи как в методическом аспекте, так и по существу. Будем надеяться, что решение ее не за горами.Автор глубоко признателен Н. А. Лисициной, Г. Ю. Бутузовой, И. И. Волкову, В. Н. Холодову за помощь при работе над книгой и при ее оформлении.