<<
>>

Континентальная миграция кремнезёма

На протяжении ряда лет В.А. Ковда с сотрудниками развивают идею палео- гидроморфного происхождения современных элювиальных ландшафтов (Почво- ведение, 1964, № 4; 1965, № 1; 1967, № № 4 и 7; 1968, № 7).

В за- конченном виде эта концепция была доложена на Международном конгрессе почвоведов в Австралии, в 1968 году. Суть ее сводится к следующему.

Великие водноаккумулятивные равнины: Русская, Западно-Сибирская низменность, Центральные равнины Северной Америки и Канады, Восточно-Ки

тайская равнина, низменность бассейна Амура-Сунгари, Венгерская низменность и др. были заняты водами и ныне элювиальные ландшафты прошли стадию гидроморфизма. Даже та часть почвенной оболочки, которая ранее считалась исконно сухопутной - серые лесные почвы, чернозёмы, каштановые, бурые, серозёмы, подзолистые, такыры и zip. имеют палеогихгроморфное происхождение, в своем развитии почвы и современные ландшафты проходили через подводную и капиллярно-гидроморфную стадию. В.А. Ковда намечает общую схему дифференциации продуктов выветривания и почвообразования на Русской равнине:


Эта схема в целом отвечает эмпирически установленным фактам. Она оказалась плодотворной для изучения нами процессов континентальной миграции кремнезёма на Русской равнине - типичного примера водно-аккумулятивных равнин. Гипотеза палеогидроморфизма в своей методологической основе предполагает широкое изучение пространственного, горизонтального перемещения вещества, а не только изучения вертикального, по почвенному профилю.

Основным методом исследования континентальной миграции кремнезёма в наших работах был метод детального минералого-геохимического изучения опорных почвенно-литологических разрезов. Выбору опорных разрезов предшествовал выбор крупной типологической области, характеризующей основные этапы четвертичной, главным образом, ледниковой истории Русской равнины.

Учитывались тектонические, геоморфологические, палеогеографические, гео- ботанические, почвенные и другие особенности развития крупных блоков Русской равнины, в пределах которых выбирались опорные разрезы. Наиболее крупными единицами районирования явились Днепровская, Московская и Валдайская ледниковые страны, где проявились одноименные четвертичные оледенения Русской равнины.

В качестве примера рассмотрим особенности распределения кремнезёмистых отложений на территории Московской ледниковой страны (Лапинский опорный разрез, Московская область) и Днепровской страны (Черепетский опорный разрез, Калужская область). Проведенные нами кристаллооптические, рентгеноструктурные, термогравимметрические, электронномикроскопические, инфракрасноспектроскопические и другие специальные виды исследований привели к выводу, что основной минеральной формой кренезёма в четвертичных отложениях и почвах Русской равнины является а - кварц. В подчиненном количестве встечаются кристобаллит и тридимит, еще реже - биогенные формы кремнезема, а - кварц, повсеместно распространенный, оказался весьма разнообразным, как по морфологии, так по характеру различных включений (табл. 4 и рис. 7). Всего выделено В групп (ассоциаций) а - кварца, из них преобладает трещиноватый кварц и кварц с крупными включениями.

К последней, восьмой группе, относятся зерна кварца с так называемым вторичным обрастанием. Центральная песчинка таких зерен по своему внутреннему строению может принадлежать к любому из семи выделенных типов, а по краям окаймлена регенерированной каёмкой SiC^. Часто поверхность песчинки покрыта глинисто-железистой корочкой, на которую нарастает каемка кремнезёма. Это указывает на вторичное отложение SiC^ из пересыщенных водных растворов. Лучевые диаграммы для Днепровской и Московской ледниковой страны оказались подобными (см. рис. 7). Отсюда можно сде-

Таблица 4

Ассоциация типов обломочного кварца в отложениях Черепетского и

Ледниковая

страна

№ образца

Характеристика

разрезов

Число зерен

Типы

трещинова

тый

border="1" cellspacing="0" cellpadding="0"> Ч-1-Ш Моренные отложения 100 34 Ч-1-1У Ледниково-озерные 100 34 Днеп Ч-1-У Отложения с явлениями 100 31 ровская 4-1- VI криогенеэа Озерные отложения (погребенная почва) 100 33 Среднее по разрезу 34 Лп-П-1 Флюв йог ляциа льн ые 100 29 Москов Лп-И-1 Отложения 100 29 ская Лп—1—3 Моренные отложения 100 28 Лп-П-З 100 29 Среднее по разрезу 29

лать вывод, что питающая провинция в эпохи Днепровского и Московского оледенения была одна и та же - Скандинавский полуостров.

С целью изучения условий континентальной миграции кремнезёма талыми ледниковыми водами мы провели детальное исследование микроструктурных дефектов кварца, оцениваемых по волнистому, прямому, мозаичному и блочному погасанию.

По каждому из опорных разрезов были изучены 700 зерен кварца, всего 1400 зерен, по 100 зерен из каждого образца. Разрезы изучались полностью, от моренных отложений до почв. В отличие от исследований морфологии включений, дефекты структуры кварца изучались на качественном и количественном уровнях по трем группам зерен, различающихся степенью окатанности, от полностью окатанных до неокатанных (табл. 5). Здесь степень окатанности кварца имеет принципиальное значение как прямой указатель дальности и условий транспортировки обломочного материала. Из табл. 5 видно, что среди хорошо окатанных зерен из всех отложений обоих разрезов отсутствуют зерна кварца с мозаичностью и блочностью, и, сравнительно с другими группами, значительно метьте зерен с волнистым погасанием. При длительной транспортировке в условиях интенсивного физического и химического разрушения пород и последующего многократного переотложения обломочного материала ледниковыми водами происходило преимущественное разрушение волнистогас- нущих, блочных и поликристаллических зерен кварца, потенциально обладающих большим запасом внутренней энергии. С переходом от окатанной к не- окатанным зернам доля волнистогаснущего, блочного и мозаичного кварца значительно возрастает. Для количественной оценки явления мы ввели коэффициент дефектности (Кдф), количественно выражающий степень дефектности структуры по отношению к общему числу зерен в выделенных группах. В нашем случае этот показатель выражает отношение волнистогаснущих, блочных и мозаичных зерен к общему числу зерен в каждой группе.

кварца (содержание %)

с крупными включениями

с игольчатыми включениями

полупроз

рачный

непрозрач

ный

опалесци

рующий

с вторичным обрастанием

без

вклю

чений

34

10

12

4

1

2

4

33

9

14

5

1

-

4

35

11

11

4

2

1

5

34

11

13

5

1

-

3

34

10

13

4

1

1

4

36

11

11

7

2

1

3

35

12

11

6

3

1

3

36

9

13

7

3

1

2

37

10

11

5

3

1

4

36

10

11

6

3

1

3

По показателю дефектности структуры отчетливо проступает генетическая связь кремнезёмистого материала Днепровской и Московской ледниковых стран, и не только самих морен, но и сходных генетических горизонтов, озерно-ледниковых отложений и почв (рис.

8).

С целью возможного выделения гипергенной составляющей кремнезема был применен метод декрепитации газово-жидких включений в кварце. "Вторичный", гипергенный кварц, если он присутствует, должен содержать газовожидкие включения, образующиеся ("захваченные" в процессе кристаллизации) при нормальных температурах. Из графика (рис. 9) отчетливо видно, что максимальное количество растрескиваний для кварца Лапинского и Черепет- ского разрезов сосредоточено в одном и том же температурном интервале (300-440 С). Это служит убедительным доказательством тождественности температур образования кварцев обоих опорных разрезов, следовательно, смены питающей провинции не происходило. Гипергенный ("вторичный") кварц

методом декрепитации не обнаружен. Начальный интервал температур растрескивания газово-жидких включений составляет 110-120 С, что может относиться к поздним (телетермальным) генерациям гидротермального кварца.

В то же время по ряду других признаков минеральные образования гипергенного кремнезёма присутствуют, особенно в верхних горизонтах разрезов, а также в форме каемок на зернах обломочного кварца. Нами были выделены белые сахаровидные образования кремнезёма, относящиеся, вероятно, к биогенному кварцу. На некоторых из них отчетливо видны линейные каналы, подобные створкам диатомовых. По-видимому, к биогенным образованиям относятся и органо-минеральные корочки с кремнезёмистыми частицами, выстилающие внутренние полости ходов и пор древней корневой системы - они очень широко распространены, особенно в палеогидроморфных почвах. При микроскопическом исследовании обнаружены очень мелкие (меньше

Рис. 7. Ассоциации кварца по типам морфологии включений в моренных отложениях Черепетского и Явлинского опорных разрезов /А и В/. Содержание в %: I - трещиноватый кварц; II - кварц с крупными включениями; III - кварц с игольчатыми включениями; IV - полупрозрачный кварц; V- непрозрачный кварц; VI - кварц без включений; VII - опалесцирующий кварц; VIII - кварц с вторичным обрастанием /регенерированный/.

0,01 мм) изотропные опалевидные зерна кремнезёма. Некоторые из них в Центральной части раскристаллизованы, образуя сферолиты. Их также можно отнести к биогенным образованиям, перекристаллизованным створкам диатомовых водорослей, однако никаких "биогенных признаков", твердо указывающих на их генезис, обнаружить не удалось. Отдельные сохранившиеся створки диатомовых были обнаружены во фракции меньше 0,001 мм под электронным микроскопом, но находки их единичны.

Таблица 5

Распределение зерен кварца с различными дефектами внутренней (фракции 0,50 - 0,25 мм, содержание, %)

Окатанные зерна

Ледниковая страна

хг ^ Краткая характере образца

риска разрезов

волнисто гаснущие

мозаичные и блочные

прямо

гасну

щие

Ч-1-1Х

Почва (горизонты

10

18

Днепров

Ч-1-УШ

белого кремния)

12

17

ская

Ч-1-УП

12

_

19

Ч-1-У1

Погребенная почва

11

-

16

Ч-1-У

Озерные отложения с криогенезом

16

17

Ч-1-1У

Ледниково-озерные

отложения

13

26

Ч-1-Ш

Моренные отложения

14

-

23

Лп-П-30

Дерново-подзолистая

11

25

Москов

ская

Лп-П-15

почва

10

19

Лп-П-13

Озерно-ледниковые

13

-

16

Лп-П-П

отложения

15

-

19

Лп-П-3

Моренные отложения

12

-

19

Лп-П-1

Флювиоглядиальные

отложения

10

20

Рис.

8. Изменение коэффициента дефектности структуры кварца в зависимости от степени окатанности зерен.

1 - Днепровская палеоледниковая страна /Черепетский опорный разрез/; 2 - Московская палеоледниковая страна /Лапинский опорный разрез/.

Среди бесцветных и окрашенных разновидностей кремнезёма в ледниковых отложениях и почвах наиболее распространен бесцветный кварц, на долю которого приходится 95 % от общего числа кварцевых зерен. Объяснение этому мы находим в широком участии процессов криогенеза (вымораживания- протаивания) как в прошлом, в ледниковые эпохи, так и теперь. Прямые доказательства влияния криогенеза получены нами при микроскопическом исследовании криогенных образований. Все они представляют налёты соединеструктуры по горизонтам Черепетского и Лапинского разрезов

Полуокатанные зерна

Не окатанные зерна

к л

дф

вол

нисто

гас

нущие

мозаичные и блочные

прямо

гас

нущие

Кдф.

вол

нисто

гас

нущие

мозаичные и блочные

прямо

гас

нущие

к л

дф

0,35

30

1

22

0,59

11

2

6

0,70

0,41

32

21

0,60

10

1

6

0,65

0,38

23

4

21

0,56

10

3

8

0,62

0,40

24

3

19

0,5 9

17

3

7

0,74

0,48

30

4

23

0,60

7

1

3

0,73

0,33

26

5

20

0,61

6

1

3

0,70

0,38

25

5

20

0,60

7

3

3

0,77

0,31

26

3

21

0,58

8

3

3

0,79

0,35

26

3

22

0,57

7

1

4

0,67

0,45

25

2

20

0,58

15

4

5

0,79

0,44

30

2

19

0,62

9

3

3

0,80

0,38

25

4

20

0,60

14

2

4

0,80

0,33

24

3

17

0,61

13

4

9

0,65

Рис. 9. Кривые декрепитации газово-жидких включений в кварце. 1 - Че- репетский опорный разрез; 2 - Лапинский опорный разрез.

ний марганца и железа на поверхности кварцевых зерен, местами эти налёты оконтуривают участки былых кристалликов льда. (рис. 10).

Проведенные нами исследования, частью изложенные выше, показали широкое распространение в отложениях и почвах всех типов кварцевых модификаций Si02. Биогенные формы кремнезёма встречаются в единичных случаях, также редки и аморфные образования Si02« Таким образом, в процессах континентальной миграции кремнезёма господствует кристаллическая составляющая кремнезёма, в основном а -кварц, с редкой примесью высокотемпературного кристобаллита и низкотемпературного тридимита. Можно спросить, куда же пропал 9биогенный Si02 ", находимый в опоках, трепелах, диатомитах прошлого и присутствующий в форме створок диатомовых во всех современных озерах? Можно предполатать, что аморфный SiC^ створок диатомовых к настоящему времени перекристаллизовался в а -кварц, и следы этого процесса, правда единичные, мы обнаружили в наших исследованиях. Но более разумным объяснением, на наш взгляд, служит признание факта сравнительно скромного масштаба биогенного осаждения кремнезёма в те ледниковые эпохи, когда происходило формирование великих водноаккумулятивных равнин, подобных Русской равнине. Тогда больше преобладали процессы активного переноса вещества, транспортировки в растворимом и твердом геохимическом потоке; господствовали процессы постоянно блуждающих по равнине водных потоков, формирующих новый рельеф (Ковда, 1968; Тюрюканов, Быстрицкая 1971). Безусловно, и в то время, как теперь, создавались условия озерного биогенного накопления Si02 диатомовыми, но едва ли в широких масштабах, поскольку постоянные неотектонические движения оживляли динамику потоков, создавая в таких озерах сильнопроточный режим с неизбежным привносом грубого обломочного материала. Этот режим, как мы знаем, не благоприятствует процессам широкого развития диатомовых, и последующему биогенному осаждению Si02* Признание этого факта отнюдь не умаляет значение континентальной миграции Si02 в общем биогеохимическом цикле кремнезёма в биосфере. Именно кристаллический а -кварц с его разнообразными микроструктурами, включениями, налётами на зернах служит основным вещественным субстратом современной растительности, почв, ландшафтов.

Рис. 10. Криогенные макро /1-3/ и микроформы /“4-7/ в толще кремнеземистых осадков и почв /Черепетский опорный разрез/. Макроформы /полевые зарисовки/: 1 - "котлы", обведенные каймой железистых и марганцеви- стых образований; 2 - "уши" /вытянутые кольцеобразные формы/; 3 - криогенные складки в толще супесчаных отложений, подчеркнутые налетами железа и марганца; Микроформы: 4 - полукольцо; 5 - линейная цепочка; 6 - кольцо марганцевистых налетов на поверхности кварцевых зерен; 7 - распределение марганцевистых налетов на отдельных зернах кварца размером 0,5 мм /увеличение 40х/.

Рис. автора, на поляризационном стереоскопическом микроскопе МПС-2 /образец 4-1-У/.

Это и основной поставщик кремнезема в сложных трансформациях соединений Si02 в ландшафте. Нам кажется более правильным для дальнейших исследований не относить безоговорочно все сомнительные отложения Si02 к биогенным, а специально изучать и отыскивать "биогенные признаки" осажденного кремнезёма, считаясь при этом с фактами и его физико-химической садки (вторичные каёмки Si02 на зернах кварца). Наконец, не решен вопрос о количестве и о формах кремнезёма, постоянно находящихся "в обороте", в обращении на континентах, того подвижного Si02, который активно участвуют в биогеохимическом цикле. Одно из важнейших, на наш взгляд, звеньев "оборотного Si02 " связано с биолитами.

<< | >>
Источник: Ковда.В.А. БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ В БИОСФЕРЕ. 1976

Еще по теме Континентальная миграция кремнезёма:

  1. БИОГЕОХИМИЧЕСКИЙ ЦИКЛ КРЕМНЕЗЁМА А.Г. Назаров
  2. Гидробиогеохимический цикл миграции кремнезёма в биосфере
  3. Накоплениекремнезема в озерах
  4. Континентальная миграция кремнезёма