Условия образования осадков и обитания организмов в Мировом океане
Методы восстановления древних физико-географических обстановок прошлого.
Фациальный анализ.
Одна из важнейших задач исторической геологии – восстановление физико-географических обстановок, существовавших в определенный этап геологического прошлого, и их изменений с течением времени. Решение этой задачи возлагают на палеогеографию, иначе говоря, науку о древней географии. В процессе палеогеографических исследований реконструируется состав атмосферы, гидросферы, верхней части литосферы и биосферы, выявляются масштабность и интенсивность палеогеологических процессов, восстанавливаются ландшафтные обстановки геологического прошлого, реконструируется климатическая зональность и дается характеристика климата.
Метод восстановления палеогеографических обстановок обычно называют фациальным анализом, понимая под этим термином метод восстановления древней географической обстановки по породам и содержащимся в них окаменелостям. В связи с этим фациальный анализ слагается из двух достаточно равнозначных частей: литологического и биономического анализа.
Предметом исследования в палеогеографии является фация, основа исследования – принцип актуализма.
Термин «фация» получил в геологии широкое распространение для обозначения разных понятий. Даже в палеогеографии он трактуется не однозначно. Впервые определение этому термину (facies, от франц. – вид, облик) дал швейцарский исследователь А. Грессли в 1838 г. Под фациями он понимал конкретные участки любого слоя одновозрастных пород, отличающиеся от соседних участков как петрографическим составом, так и ископаемыми остатками организмов. В русскую геологическую литературу этот термин ввел в 1869 г. Н.А. Головкинский. Позднее в понятие фации часто вкладывалось разное содержание. Отметим два крайних взгляда на фацию. Согласно первому, отвечающему точке зрения А. Грессли, фация есть часть слоя одновозрастных пород, отличающаяся от соседних частей этого же слоя своими литологическими и палеонтологическими особенностями, которые следует называть фациальными признаками. Согласно второму, фация представляет собой физико-географическую обстановку или единицу ландшафта. С геологических позиций правильным является первое толкование фации, так как в палеогеографии ведут исследование от первичного характера породы (как ископаемого осадка) к особенностям осадка, затем к условиям образования этого осадка и, наконец, к физико-географической обстановке, существовавшей в интересующее нас время в изучаемом районе.
В основе палеогеографических реконструкций лежит принцип актуализма, который был введен в геологию благодаря трудам немецкого исследователя К. фон Гоффа (1824 г.) и английского геолога Ч. Лайеля (1833 г.); последний писал, что настоящие природные явления суть ключ к познанию прошлых явлений. Следует помнить, что заключения по аналогии не придают выводам достоверность, а лишь позволяют высказать более или менее достоверные предположения, так как физико-географические условия со временем менялись. Однако в настоящее время принцип актуализма предоставляет единственную возможность заглянуть в прошлое Земли.
Фациальный анализ представляет собой метод восстановления палеогеографической обстановки путем изучения характерных особенностей горных пород и заключенных в них окаменелостей. Его проводят путем анализа конкретного геологического материала, особенностей строения слоев одновозрастных горных пород и изменения в пространстве их вещественного состава, текстурных и структурных особенностей пород, их геохимического состава, а также заключенных в породах ископаемых остатков организмов и следов их жизнедеятельности. Фациальный анализ позволяет восстановить условия образования осадков и обитания организмов и, в конечном счете, географическую обстановку прошлого. Он состоит из двух взаимосвязанных этапов: литологического и биономического анализа.
Литологический анализ применяется при изучении горных пород как в целом, так и отдельных особенностей их минерального состава и строения с целью восстановления древней географической обстановки. Одни и те же типы осадков, давших начало осадочным горным породам, могли формироваться в разных условиях, в различной физико-географической обстановке. Однако, несмотря на сходство литологического состава, породы обладают целым рядом структурных, текстурных и других признаков, по которым можно с достаточной достоверностью определить места и условия их образования на земной поверхности.
Первое, на что следует обратить внимание - типы пород и их структуры. Обломочные породы, классифицируются по размерам слагающих их зерен; хемогенные, биогенные и глинистые породы, разделение которых идет, прежде всего, по минеральному составу, представляют собой осадочные горные породы, которые могли формироваться в разной обстановке: в море и на суше, в водной или воздушной среде, из принесенного (аллохтонного) или сохранившегося на месте образования (автохтонного) материала, в среде разной подвижности.
Однако тип породы и ее структура дают лишь caмые общие представления об условиях формирования породы. Taк например, глины могли образоваться на суше в виде элювия, в приледниковых озерах, в морских глубоких впадинах; пески - в пустынях в виде эоловых отложений, в реке, в море нa мелководье или даже на значительной глубине в зоне действия придонного течения.
Одним из важных признаков является окраска породы, позволяющая иногда установить некоторые особенности происхождения самой породы. Но этот показатель следует использовать только в комбинации с другими признаками, например, специфическим минералами, (сулъфатами, хлоридами, сульфидами, оксидами и т. д.), обычно являющимися дополнительными, второстепенными, но иногда слагающими основную массу породы.
Интересны и текстуры, возникающие в процессе осадкообразования, так как они отражают xapaктеp и состояние среды. В этом случае следует выделять внутрислоевые текстуры, связанные с длительной деятельностью отдельных факторов (массивные и слоистые, горизонтальнослоистые и косослоистые и пр.), а также текстуры (знаки) на поверхности слоя, обязанные своим происхождением кратковременному воздействию нa осадок различных факторов среды (знаки ряби, трещины усыхания, отпечатки капель дождя, следы жизнедеятельности организмов).
Таким образом, важнейшими критериями при фациальном анализе являются
следующие:
1. Тип и вещественный (химический и минеральный) состав пород (осадков), включая аутигенные минералы, конкреции и особенности цемента.
2.Гранулометрия породы, ее цвет, структура, состав обломков, их окатанность, xapaктep поверхности напластования и размыва, следы перерывов в осадконакоплении, ориентировка обломочных компонентов и органических остатков, присутствие подводно-оползневых деформаций и нептунических даек.
3. Текстурные особенности – типы и характер слоистости и слойчатости, изучение цикличности и ритмичности осадочных и осадочно-вулканических толщ.
4. Форма залегания пород, их мощности; характер переходов в другие породы.
5. Палеонтологические особенности: состав, сохранность и распределение фауны и флоры; соотношение между отдельными группами и сообществами, следы жизнедеятельности организмов, степень сохранности следов роющих животных и их особенности.
6. Наличие минералов - индикаторов солености и газового режима водоемов, геохимические особенности осадочных толщ.
7. Кислотно-щелочные и окислительно-восстановительные условия. Определение содержания окисных и закисных форм железа.
8 Определение соотношения изотопов кислорода, стронция, углерода, палеотермометрические данные (магнезиальный, изотопный, стронциевый методы), присутствие вулканогенного и метеоритного материала.
Биономический анализ применяется при изучении ориктоценозов с целью восстановления условий обитания организмов и палеогеографической обстановки. Путь исследования - воссоздание палеобиоценозов, изучение отдельных организмов и восстановление их образа жизни, восстановление среды обитания палеобиоценоза, восстановление палеогеографии. Задача эта крайне сложная и решение ее затруднено тем, что помимо общей неполноты геологической летописи в ряд палеобиоценоз – некроценоз -- танатоценоз -- тафоценоз -- ориктоценоз происходит существенное изменение комплекса остатков организмов.
Рассмотрим возможные связи между палеобиоценозом и ориктоценозом.
В результате гибели палеобиоценоза при катастрофических изменениях условий обитания (опреснение, осушение - для морских, наводнение – для наземных биоценозов) формировались танатоценозы, которые в видовом и количественном отношениях достаточно полно отвечают биоценозам. Но более обычны скопления остатков организмов и следов их жизнедеятельности из различных палеобиоценозов, представлявшие собой некроценозы; на суше такие скопления могли образоваться при переносе реками или ветром, в море - течениями или в результате первоначального многоярусного размещения бентосных и пелагических биоценозов. Итак, уже некроценоз представлял собой скопление элементов разнородных палеобиоценозов. В процессе образования тафоценоза многие остатки бесскелетных организмов исчезли без следа и, наконец, в процессе превращения осадка в породу и соответственно, тафоценоза в ориктоценоз произошло разрушение и преобразование твердых минерализованных остатков организмов. В результате каждый ориктоценоз является скоплением небольшой части организмов, некогда входивших в различные палеобиоценозы.
В биономическом анализе следует идти в обратном направлении - анализируя ориктоценозы, восстанавливать облик отдельных организмов (что само по себе при фрагментарном характере ископаемого материала весьма трудно), необходимо из ориктоценоза выделить формы разных палеобиоценозов, по отрывочным сведениям восстановить облик палеобиоценоза для интересующего нас палеобиотопа и лишь после этого можно переходить к реконструкции древней географической обстановки.
Прежде всего, изучают отдельные организмы, входившие в палеобиоценоз; принадлежность организмов к той или иной систематической группе указывает на определенную обстановку, так как каждая группа организмов обитала в определенных условиях. Затем переходят к изучению экологических групп организмов и, наконец, к биоценозу в целом. Характер видового состава сообщества говорит о нормальной (виды разнообразны, количество особей может быть незначительным) или специфической (видов мало, но большое число особей) обстановке обитания. Ценные сведения можно получить при изучении формы тел или его положения, особенно у сидячего бентоса, размеров тела, толщины створок раковины. Не менее важные сведения можно получить, исследуя, следы жизнедеятельности организмов: следы ползанья по дну, зарывания в донные осадки, норки-сверления в твердом субстрате, следы прорастания раковин, следы наземных четвероногих и птиц – все указывает на тип среды (водная, воздушная), на газовый режим, динамику среды, характер грунта и пр.
Характер захоронения позволяет сделать важные выводы о движении воды: скопления ломаной, окатанной или целой раковины говорят о переносе течениями или волнами; ориентировка в пространстве удлиненных раковин указывает на тип движения воды, скопление скелетов с хорошо сохранившимися тонкими деталями - о спокойной воде и т. д.
Если присутствие ископаемых остатков организмов дает нам сведения о географической обстановке прошлого, то отсутствие таких остатков можно связывать с условиями, неблагоприятными для жизни организмов.
Палеоэкологические исследования представляют собой сложный комплекс методов изучения состава, морфологии, образа жизни различных систематических групп организмов и их фациальной приуроченности.
Среда обитания морских организмов состоит из абиотических (физико-химических) и биотических факторов. К абиотическим относятся тип осадка на дне моря, рельеф дна, его обнаженность, соленость, глубина, газовый режим, температура, наличие твердых образований отмерших организмов на поверхности дна и твердых выступов фундамента, режим волнения. В процессе палеоэкологических исследований обычно выясняется максимальное и минимальное воздействие перечисленных факторов на организмы. Одни организмы могут развиваться в достаточно широком диапазоне абиотических факторов, другие, наоборот, в очень узком. Исходя из этого различают эврuбuонтные организмы, которые хорошо приспособляются к значительным колебаниям условий внешней среды, и стенобuонтные, обитающие в строго определенных paмках колебания условий среды. В зависимости от отношения к температурному режиму выделяют эврu- и стенотермные, а к солености – эврu- и стеногалuнные организмы,
В процессе палеоэкологических исследований необходимо различать место обитания организма и место его захоронения. Выяснением условий и особенностей захоронения остатков ископаемых организмов занимается специальный раздел палеоэкологии, называемый тафономией. Следует различать, представляют ли ископаемые остатки неотделимую часть осадка или они были принесены из других мест обитания и позднее захоронены совместно, т.е. определить различия между nалеобuоценозом и палеотанатоценозом. Последний представляет собой скопление остатков организмов, захороненных совместно. Под палеобиоценозом Р. Ф. Гeккеp (1957) понимает население организмов ограниченного участка среды обитания, сформированного за определенный отрезок времени под влиянием биотических и абиотических факторов.
В последние годы важнейшим обобщением экологии стало введение нового, более обширного понятия, чем биоценоз, которое получило название «экологическая система», или «экосuстема».Она представляет собой влияние на них и одновеменно сами зависят от деятельности группу взаимосвязанных организмов и тех элементов внешней среды, которые оказывают наиболее сильное организмов.
Установление принадлежности органических остатков к тому или иному экологическому типу важно, прежде всего, для реконструкции рособенностей среды обитания организмов. Поэтому при палеоэкологических исследованиях необходимо не только определять систематический состав фауны, но и учитывать особенности среды их обитания. Для гидробионтов – это температурный, солевой и газовый режимы морских, лагунных и пресноводных бассейнов, для наземных фаун – температура воздуха, влажность, общее количество атмосферных осадков и степень их распределения в течение года. При рассмотрении морских групп фауны желательно учитывать интенсивность миграции организмов и определять принадлежность изученного палеобиоценоза к нормально развивающейся фауне или к иммигрантам.
Морская фауна в зависимости от образа жизни разделяется на несколько групп. К пелагическим организмам относятся планктонные и нектонные формы. Для nланктонных формхарактерно парение в толще воды или пассивное перемещение вместе с водой и поэтому у организмов отсутствуют органы движения. Различают зоопланктон и фитопланктон. Планктонные организмы обладают небольшими размерами. В зависимости от величины тела различают микро- и нанопланктон. Последние имеют размеры менее 50 мкм.
Другую крупную группу пелагических организмов составляют активно плавающие – нектонные организмы. Они обладают обтекаемой двустороннесимметричной формой тела. Ввиду того, что многие нектонные формы приспособились к обитанию на определенных глубинах с разным температурным режимам, соленостью, плотностью, они в известной мере связаны с определенными генетическими группами осадков и являются довольно хорошими индикаторами условий обитания.
Группа организмов, ведущая данный образ жизни, именуется бентосом. Эти организмы в зависимости от условий обитания подразделяются на несколько типов: свободно передвигающиеся по дну, свободно лежащие на дне, временно зарывающиеся в грунт, постоянно живущие в иле, сверлящие твердый субстрат и прикрепленные ко дну. Последние прикрепляются стеблями (морские лилии), ножкой (брахиоподы), прирастанием (кораллы, некоторые двустворки), или корневыми выростами (губки, археоциаты, кораллы, мшанки). Все зарывающиеся формы обитают на мягких грунтах и обладают удлиненной раковиной. Основным признаком свободнолежащих форм является неравенство створок. К грунту обращена выпуклая сторона больших размеров.
Весьма ценный материал об условиях существования организмами дает их географическое распространение. Ареал любой таксономической группы - это часть земной поверхности. Широкое распространение свидетельствует о хорошей приспособляемости организма к изменениям внешней среды. Космополитными называются ареалы, покрывающие значительную часть обитаемых участков земной поверхности. Обычно, космополитизм характерен для отрядов и семейств. Ограниченными ареалами обладают эндемичные организмы. Среди них различают палеоэндемиков (реликтовых эндемиков) и неоэндемиков. Реликтовые эндемики представляют собой древние формы, ареал которых первоначально был обширным, но постепенно сократился под воздействием ухудшения природных условий или из-за конкурентной борьбы.
Таким образом, изучение фаций, опирающееся на принцип актуализма, является основой фациального анализа и палеогеографических реконструкций. Можно выделить три типа обстановок с особыми условиями осадкообразования: континентальный, морской и переходный. Континентальный тип характеризуется развитием субаэральных (находящихся в воздушной среде) и субаквальных (подводных) обстановок. Для первых типична эрозия, осадки отлагаются лишь местами, причем возобновление эрозии часто приводит к размыву и переотложению этих осадков. Морской тип включает только субаквальные обстановки, где осаждение осадков резко преобладает над эрозией. Переходный тип выделяется в областях чередования во времени и пространстве континентальных и морских обстановок, условий эрозии и аккумуляции при преобладании последних.
Условия образования осадков и обитания организмов в Мировом океане
Процесс образования осадков находится в прямой зависимости от тектонического и географического режимов, что приводит в конечном итогe к появлению разнообразных осадочных пород. Могут быть выделены четыре этапа образования подобных пород: формирование осадочного материала, его перенос, накопление в бассейнах осадкообразования, преобразование осадка в породу. Некоторые этапы могут выпадать из указанного ряда. При проведении географических исследований сохраняется именно такая последовательность изучения процессов осадкообразования; при реконструкции палеогеографической обстановки, исследования ведут в обратном направлении - от изучения породы к выводам о возможных условиях накопления, переноса и образования
первичного материала.
В настоящее время внешняя оболочка Земли (литосфера) сложена осадочными и вулканогенными породами, которые представляют собой достаточно однородный комплекс, в то время как осадки являются весьма разнородными; среди них можно выделять терригенные, хемогенные и биогенные осадки и космические частицы. В связи с этим следует отметить три основных источника материала, входящего в состав горных пород: литосферу, (в зонах размыва), недра Земли (в зонах проявления вулканизма) и космос, равномерно «засеивающий» Землю космической пылью и более крупными обломками. Значительную роль в образовании осадков играют морские животные и растительные организмы.
Роль указанных источников в формировании осадков весьма различна, так же как резко неравномерно распределяются различные осадки по поверхности Земли. Основной областью накопления осадков является Мировой океан (70,8% поверхности Земли). На континентах (29,2% поверхности Земли) формируется значительно меньшая доля осадков, так как здесь широко развиты процессы размыва и переотложения ранее сформированных рыхлых образований.
Образование осадков в Мировом океане
Основную массу материала составляет твердое вещество, вынесенное с суши (из области размыва) в Мировой океан (в область осадконакопления). Распределение твердого вещества в Мировом океане в идеальном случае должно быть связано, прежде всего, с механической (гранулометрической) дифференциацией. По мере удаления отберега в осадок переходит все более мелкий обломочный материал, а при равных размерах частиц - все более легкий материал. Отсюда возникает представление обидеализированной схеме распределения осадков в морских бассейнах. По этой схеме (рис. 16), вблизи берега располагается зона терригенных илов, которую сменяет зона гемипелагических (переходных от терригенных к пелагическим) илов и, наконец, на наибольшем удалении от берега находится зона пелагических илов. В первой зоне преобладает терригенный, часто грубый материал, во второй - мелкий терригенный материал находится в смеси с материалом пелагическим (хемогенным и биогенным), в третьей преобладает пелагический материал. Так, терригенные обломочные осадки, как и основные массы терригенного материала, тяготеют к приконтинентальной области, к шельфу; гемипелагические - к периферии шельфа и континентальному склону; пелагические - к центральным океанским областям.
Однако целый ряд факторов вносят изменения в идеализированную схему распределения осадков. Среди них следует назвать климат, рельеф прилегающей суши, рельеф морского дна, течения; особое место в этом ряду занимает вулканизм.
Климат. Специфическое сочетание тепла и влаги позволяет выделять климатические пояса Земли с разнообразными природными ландшафтами. Климатические зоны прослеживаются не только на континентах, но и в океанских акваториях. В 6О-е годы Н.М. Страховым было установлено, что на континентах ведущим фактором литогенеза (осадкоо6разования и диагенеза) является климат; были выделены три зависящие от климата типа литогенеза - ледовый, гумидный и аридный. В 70-е годы А. П. Лисицын установил зоны литогенеза в Мировом океане, которые являются широтным продолжением континентальных зон - гумидные (экваториальная и умеренные), аридные и ледовые (рис. 17). Естественно, различие океанских и континентальных ландшафтов определяет различие и в процессах образования осадков, но существуют факторы, действующие на континентах и одновременно находящие прямое отражение в областях океанской седиментации. Это выветривание, подготавливающее материал к транспортировке, и сама транспортировка.
Скорость формирования элювия в процессе выветривания тесно связана с континентальной климатической зональностью и изменяется в широких пределах от ледовой и аридной зон к умеренной и экваториальной гумидным. В экваториальной зоне она в тысячи раз больше, чем в ледовой и аридной. Меняется и сам характер выветривания; в ледовой и аридной зонах происходит физическое выветривание, в гумидных зонах преобладает химическое выветривание. От зоны к зоне меняется объем новообразованного рыхлого материала, изменяется также его гранулярный и минеральный состав. В ледовой зоне, главным образом, развиты щебень, дресва, грубые пески, а тонкий илистый пелитовый материал представлен в малых количествах; в умеренной гумидной зоне наряду с грубым материалом присутствует и значительная доля пелитового материала; аридная зона характеризуется развитием песчано-алевритового и пелитового материала в почти равных количествах, в то время как в экваториальной гумидной зоне резко преобладает пелитовый материал (рис. 18).
В различных климатических зонах доминируют разные транспортирующие агенты. В ледовых зонах это подвижные льды, в аридных – ветер, в зонах гумидного климата основной транспортирующий агент – реки, а роль воздушного или ледового переноса ничтожно мала. Количество и состав осадочного материала, переносимого реками, зависит от интенсивности эрозии, а последняя определяется не только климатическими особенностями, но и характером коренных пород, рельефом местности и, что очень важно, растительным покровом, предохраняющим от размыва.
Основная часть материала, вынесенного реками, осаждается вблизи устьев, формируя огромные подводные конусы выноса. В гумидной зоне конусы выноса рек часто сливаются в единый пояс протяженностью в сотни километров. В зонах ледового литогенеза материал переносят только ледники, а в холодных частях умеренных зон - кроме того, морские и речные льды. В зонах аридного литогенеза преобладает эоловый перенос материала как местный, так и дальний в высоких слоях атмосферы. Поэтому основная масса материала, переносимого ветрами, достигает центральной части океана.
Рельеф прилегающей суши.Обычно для прибрежной зоны моря характерны песчаные осадки, однако они часто уступают место как тонким илистым, так и гравийно-галечным образованиям
Наличие гру6ых галечниковых образований характерно для прибрежных участков в зоне развития холмистого и, особенно, гористого рельефа. Бурные горные реки и абразионная деятельность самого моря поставляют в прибрежную зону моря массу грубого обломочного материала – глыб, валунов, гальки, которые перемещаются вдоль берега волнами и образуют протяженные, но узкие лентовидные поля в волноприбойной зоне.
Рельеф морского дна. На дне океана выделяют несколько геоморфологических элементов: 1) подводную окраину материков, куда входят шельф, континентальный склон и его подножие, 2) переходную зону, включающую глубокие котловины окраинных морей, островные дуги и глубоководные желоба, 3) ложе океана с котловинами и поднятиями, 4) срединноокеанические хребты.
Распределение осадков в указанных геоморфологических элементах дна подчинено зональности, отражающей идеализированную схему распределения осадков. Микроформы рельефа дна существенно нарушают эту схему.
Шельфы – наиболее ровные участки дна – осложнены микроформами рельефа, имеющими часто субаэральное происхождение (Северное море, Яванское море и др.). Континентальный склон состоит из ряда ступеней и расчленен подводными каньонами. Континентальное подножие представляет собой наклонную равнину с холмами и долинами, часто с подводными каньонами, начинающимися на континентальном склоне. Ложе океана имеет замкнутые котловины с холмистым или выровненным дном, отделенные вытянутыми горными грядами; повсюду в пределах котловин наблюдаются одиночные горы (как правило, вулканические).
Площадная дифференциация осадков по размерам слагающих их частиц определяется микрорельефом дна и гидродинамическими условиями морского бассейна, что особенно четко проявляется в прибрежной зоне шельфа. В поверхностных волнах вода испытывает как колебательное, так и круговое движение по вертикали. Зона волнового воздействия в океанах прослеживается до глубин около 100 м, во внутренних морях (Черное, Каспийское) до 25 м, в крупных озерах до 10 м, а в мелких до 1,5 м.
В зоне воздействия волн накапливается грубый (псефитовый и псаммитовый) обломочный материал, а мелкообломочный перемещается на участки, расположенные вне зоны волнового воздействия.
Поверхность, определяющая нижнюю границу зоны волнового воздействия, в разных бассейнах находится на различной глубине, что связано с размером волн. Соответственно на разной глубине в морях находится и «иловая линия», т. е. линия пересечения морского дна с нижней границей зоны волнового воздействия. Иловая линия разделяет зоны развития песчаных и илистых осадков (рис. 19).
Течения.Почти вся масса воды в Мировом океане находится в состоянии непрерывного движения; застойные воды следует рассматривать как исключение из этого правила. Течения образуются в результате воздействия ветра на поверхность воды, смены приливов и отливов, изменения плотности воды в связи с изменением солености или температуры. Такие водные потоки отделяют илистый материал от песчаного на участках дна, расположенных ниже зоны волнового воздействия, или размывают дно.
Важным фактором осадконакопления в последнее время признают мутьевые (суспензионные) потоки (темпеститы) – течения тонкодисперсных суспензий (взвесей) в воде, обладающей меньшей плотностью, чем суспензия. Начало потоку дают оползни, возникающие самопроизвольно или в связи с тектоническими движениями, на участках континентального склона.
Вулканизм. С вулканами связано особое, эффузивно-осадочное накопление вулканического материала на дне морей и океанов, которое наблюдается в районах действия вулканов как подводных, так и наземных. Вулканы являются источниками своеобразного осадочного материала – рыхлых продуктов извержения лав (в том числе и пемзы), а также растворенных соединений.
Наземные вулканы – главные поставщики пирокластического материала; наиболее грубые фракции накапливаются в непосредственной близости от очага извержения, тонкие - преобладают на удалении в десятки и первые сотни километров от кратера (локальные выпадения) или в сотни и тысячи километров (тропосферные или стратосферные выпадения). Для подводных вулканов не характерны взрывные извержения; продуктами извержения являются лавы, а пирокласты составляют не более 7%; все продукты извержения почти полностью выпадают локально. Особняком стоят базальтовые лавы, непрерывно формирующиеся на дне океанов в рифтовых зонах срединноокеанских хребтов из эндогенного материала, поднимающегося к поверхности. Именно здесь ежегодно формируется около 11 млрд т (по другим данным – до 60 млрд т) базальтового вещества.
Обитание организмов в Мировом океане
Роль организмов, участвующих в процессах, протекающих в Мировом океане, весьма велика и многообразна. Известно, что вся толща воды (пелагиаль) населена пелагическими организмами, которые противопоставляются бентосным, обитающим на морском дне – бентали. Среди пелагических организмов выделяют планктон – пассивно плавающих в толще воды и нектон – активно плавающих. Среди бентоса выделяют обитающих на грунте, зарывающихся и живущих в грунте.
Остатки пелагических и бентосных организмов являются существенным компонентом донных осадков. Кремнезем, карбонат кальция, органическое вещество производят морские организмы, особенно планктонные. Такие вещества называют биогенными (имеющими биологическое происхождение).
Сохранение карбонатных соединений в океане зависит от глубины; глубже 4–4,5 км (критическая глубина) вода содержит свободную угольную кислоту, которая растворяет известковые скелеты отмерших морских организмов, и они не сохраняются в осадках. Биогенный кремнезем тоже растворяется в воде, но гораздо медленнее, причем растворимость кремнезема, вероятно, не изменяется с глубиной.
Морские бентосные животные, укрываясь в грунтах или извлекая из них пищу, изменяют осадки. Уничтожается слоистость, нарушается сортировка зерен, измельчается и частично растворяется материал, осадок обесцвечивается и в нем уменьшается количество органического вещества. Все это способствует началу цементации и влияет на ход диагенеза.
В современной морской биологической системе организмы взаимодействуют друг с другом и образуют в Мировом океане биоценозы, т. е. сообщества тесно связанных между собой организмов; находящихся в условиях устойчивого биологического равновесия и занимающие определенный участок дна (бентосные биоценозы) или объем водной массы (планктонные биоценозы), называемые биотопами. Среди организмов, входящих в различные биоценозы, можно выделить две группы: продуценты (автотрофные) - организмы, синтезирующие органические вещества из минеральных компонентов (различные водоросли и реже высшие растения), и консументы (гетеротрофные), питающиеся готовым органическим веществом, в первую очередь растительного происхождения. Основными связями в биоценозах являются пищевые (трофические): растения создают первичное органическое вещество, которое многократно используется в пищевых цепях и лишь в небольшом количестве захоранивается в толще донных осадков.
Характер жизнедеятельности организмов и их распределение в водах Мирового океана связаны с климатической, циркумконтинентальной и батиметрической зональностью. Климатическая зональность проявляется наиболее четко в поверхностных слоях воды, где освещенность, температура, соленость, течения, приводящие к перераспределению в воде кислорода и питательных минеральных веществ, изменяются от полюсов к экватору. Циркумконтинентальная зональность. связана с влиянием материков на океан и находит выражение в распределении течений, количестве взвеси, определяющей, в частности, проникновение света на глубину, характере грунта. Батиметрическая зональность связана с освещенностью, температурой, давлением, течениями, характером грунта.
Освещенность. Степень проникновения солнечного света в толщу воды прежде всего сказывается на развитии растений, так как световая энергия необходима для фотосинтеза. Максимальная освещенность наблюдается в тропических и экваториальных зонах, в то время как в полярных областях низкое положение солнца над горизонтом, ледовый покров, полярная ночь приводят к резкому уменьшению количества света, проникающего на глубину.
Соленость. Организмы существуют в природных водах практически любой солености от слабоминерализованных до вод с соленостью в 300-320%0. Большинство организмов, обитающих в море, приспособилось к жизни в водах с соленостью 35-36%0, поэтому указанная соленость называется «нормальной», а организмы – стеногалинными (от греч. стенос - узкий, галс - соль). Изменение солености в ту или другую сторону приводит к резкому сокращению видового разнообразия, к разрушению биоценозов и освобождению биотопов
В этих условиях немногие приспособившиеся к изменившейся солености организмы развиваются в массовых количествах. Они получили название эвригалинных (от греч. Эурис – широкий, галс – соль) .
Температура. Температура поверхностных вод меняется по широтам от -1,5оС до +28оС и более. Для умеренных зон типичны наибольшие сезонные колебания температуры, приводящие к изменению плотности воды, появлению вертикальной циркуляции, что ведет к обогащению поверхностных слоев минеральными питательными веществами. С глубиной температура понижается и остается постоянной, не превышая +2,5оС. Указанные температуры не являются критическими для организмов. Однако большая часть растений и животных предпочитает теплые воды, что определяется прежде всего повышением жизненной активности в условиях достаточно высоких температур.
Питание. Для растительного планктона – фитопланктона в освещенном слое важным фактором развития является наличие солей, количество которых на глубине весьма велико, но которые в силу расслоения толщи воды не всюду могут быть подняты к поверхности. Благоприятные условия для подъема глубинных вод наблюдаются в областях активной вертикальной циркуляции в зонах умеренного климата, где значительные сезонные колебания температур приводят к изменению плотности воды и таким образом, к возникновению вертикальных потоков, а также на участках выхода к поверхности потоков вод с глубины (апвеллинги). В таких зонах активно формируются первичные звенья пищевых цепей, широко развиваются разнообразные консументы.
Характер грунта. Распределение бентоса по дну в значительной степени зависит от характера грунта и источника питания. Рассматривая грунт как субстрат, следует выделять каменистые (скальные, галечниковые, гравийные) грунты, где обитают бродячие, прирастающие, сверлящие и реже зарывающиеся формы; здесь условия обитания мало разнообразны и беден набор жизненных форм организмов. Песчаные грунты наиболее благоприятны для животных разного образа жизни: -от бродячих до зарывающихся постоянно или временно, в случае необходимости. Мягкие илистые грунты менее благоприятны для расселения организмов, кроме зарывающихся; они требуют дополнительных приспособлений для сохранения положения тела (или части тела) над илистым дном. Грунт следует рассматривать и как источник пищи; в осадке достаточно много органического вещества, содержание которого обычно увеличивается в ряду пески – илы.
Газовый режим. Из растворенных в морской воде газов наиболее влияют на расселение организмов кислород, сероводород и углекислый газ. Морская вода получает кислород, главным образом, из воздуха, но немаловажную роль играет и кислород, производимый растениями в освещенной зоне. Содержание кислорода, необходимого организмам для дыхания, зависит от температуры и характера циркуляции вод. В водах полярных морей его в два раза больше, чем тропических, а в областях хорошо выраженной вертикальной циркуляции на глубинах в 2 км и более кислорода в воде не меньше, чем у поверхности. Углекислый газ поступает в воду из атмосферы и как продукт жизнедеятельности организмов. Частично этот газ превращается в угольную кислоту, наличие которой в воде существенно влияет на процессы карбонатного осадконакопления, частично усваивается растениями.
БИОЛОГИЧЕСКИЕ ЗОНЫ МОРЯ
В приливно-отливной области и на дне океана сменяют друг друга расположенные на различной глубине биологические зоны (зоны жизни), выделяющиеся своими специфическими комплексами организмов. Эта зональность характерна для всех океанов и краевых морей, но конкретное ее проявление и положение границ зон определены частными условиями в каждом бассейне.
Сверху вниз в настоящее время выделяют супралитораль, литораль, сублитораль, эпибатиаль (псевдоабиссаль), батиаль, абиссаль и ультраабиссаль (хадаль).
Супралuтораль – зона, расположенная выше уровня максимального прилива и эпизодически заплескиваемая морским прибоем. По сути дела, это зона суши, граничащая с морем. Здесь соприкасаются морские и наземные организмы; первые приспособились в течение жизни, существовать частично в воде, частично в воздухе, вторые представлены влаголюбивыми и солелюбивыми организмами. Видов немного, но численность может быть большой. Здесь обитают водоросли и высшие растения, насекомые, хелицеровые и ракообразные, черепахи и морские млекопитающие, некоторые рыбы, кормятся наземные четвероногие и птицы.
Литораль – зона, расположенная между уровнями максимального прилива и отлива. Размеры зоны по вертикали определяются высотой прилива, обычно не превышающей у берегов Европы 7 м, Азии – 11м. Африки – 4,5 м, Северной Америки – 8 м, Южной Америки – 6 м, хотя местные факторы (например, конфигурация берега и пр.) приводят к тому, что высота прилива достигает 12–16м. Ширина литорали зависит от высоты прилива и наклона дна; обычно она не более 10–5 м, хотя местами может достигать нескольких километров. В полярных областях и в тропиках литораль бедна жизнью и лучше всего, выражена в умеренных климатических зонах, где ее населяют тысячи видов организмов. Для всех этих организмов характерна способность переносить осушение, обсыхание и изменение температуры. Здесь обитают, преимущественно, морские организмы: двустворки, гастроподы, ракообразные, черви, различные водоросли; в этой зоне кормятся в отлив наземные, а в прилив - морские животные.
Литораль представляет собой зону активного воздействия воды на разнообразные осадки, покрывающие дно, и на материал, попавший с суши в морской бассейн; волны, различные течения приводят к дифференциации осадочного материала, появлению косой слоистости, разрушению слабо сцементированного осадка; здесь же проявляется влияние наземных физических и биологических факторов (трещины высыхания, следы капель дождя, градин, кристаллов льда, следы наземных животных и птиц).
Сублитораль – зона, простирающаяся от уровня максимального отлива до 200 м. Ширина сублиторали зависит от ширины шельфа и может достигать нескольких сотен километров. В сублиторали активно проявляется фотосинтез, здесь вода обогащена кислородом. Это наиболее благоприятная для жизни зона моря, заселенная чрезвычайно разнообразными растениями и животными, число видов которых превышает сто тысяч. Верхняя часть сублиторали, где освещение достаточно интенсивное, характеризуется скоплением разнообразных водорослей (в том числе и известковых). Здесь обитают фораминиферы, губки, кишечнополостные (в том числе рифостроящие кораллы), черви, ракообразные и хелицеровые, двустворки, гастроподы и головоногие моллюски, мшанки, брахиоподы, иглокожие и рыбы.
Нижняя часть сублиторали, где освещенность резко снижена, имеет несколько более бедный комплекс организмов; здесь выживают лишь наиболее приспособленные водоросли, уменьшается количество видов животных, а некоторые из них (например, колониальные кораллы) исчезают из биоценозов.
В сублиторальной зоне накапливается наибольшее количество терригенного песчаного и пелитового материала; первый преобладает выше, второй - ниже иловой линии. В верхней части сублиторали сказывается активное действие волн на осадок, формируется волнистая и горизонтальная слоистость; в нижней части воды более спокойные, слоистость горизонтальна.
Эпибатиаль – зона, охватывающая глубины от 200 до 500 м. Она развита не повсеместно во внешней части шельфа. Эпибатиаль является переходной зоной между сублиторалью и батиалью, в ней встречаются многие сублиторальные виды, которые опускаются на глубины до 500 м и более, а также некоторые глубоководные виды, поднимающиеся из батиали. Для эпибатиали характерны гемипелагические илы – смешанные тонкие терригенные и пелагические осадки и обедненный состав донной фауны при полном отсутствии бентосных растений.
Батиаль – зона, расположенная ниже эпибатиали от 500 до 3000 м и в целом совпадающая с континентальным склоном. Ее ширина определяется шириной континентального склона. Биоценозы батиали представлены только животными, причем в видовом и количественном отношении их гораздо меньше, чем в сублиторали и эпибатиали. Здесь обитают фораминиферы, губки, кишечнополостные. брахиоподы, раки, двустворки и гастроподы, черви, иглокожие. Батиаль представляет собой зону перемещения осадков в виде оползней, мутьевых потоков; тонкие осадки формируются только в защищенных впадинах.
Абиссаль – зона; расположенная на глубинах 3–6,5 км; она охватывает подножье континентального склона и ложе океана. Здесь обитают не более 2000 видов, среди них первое место занимают иглокожие, затем черви и ракообразные; слабо развиты брахиоподы, губки, кишечнополостные, гастроподы и двустворки. В зоне континентального подножья развиты терригенные осадки, а на океанском ложе – пелагические илы разного состава.
Ультраабиссаль (хадаль) – зона, расположенная глубже 6,5 км и приуроченная к глубоководным желобам. Здесь обитают около 800 видов агглютинирующих фораминифер, червей, ракообразных, голотурий, двустворок и гастропод и представителей других групп, не играющих существенной роли.