<<
>>

Накоплениекремнезема в озерах

  Озерное накопление кремнезема исследовано лучше других вопросов его континентальной миграции главным образом благодаря практическому значению образующихся в озерах месторождений диатомитов, ценных полезных ископаемых.

С точки зрения исследования судьбы кремнезема в биосфере процессы его осаждения в озерах имеют большой теоретический интерес. Озера представляют области аккумуляции вещества в ландшафте, замыкающие звенья геохимического потока, своеобразные "ловушки" для подвижных мигрантов, к числу которых относится и Si02 Именно в озерных отложениях известны наибольшие концентрации кремнезема; здесь происходит захоронение, вывод из биогеохимического цикла на длительное, в геологическом смысле, время. Таким образом, в озерах кремнезем достигает конечных звеньев геохимического стока, а массы кремнистых озерных отложений реально отражают необратимую, выведенную из круговорота, ветвь континентального биогеохимического цикла Si02-

Существует много работ о современных и древних отложениях диатомитов в пределах разных стран и материков.

Из их числа наиболее полные данные о процессах озерного накопления кремнезёма содержатся в труда* М.Э, Янишевского (1920), Ирдлей-Виль- мота (Eardley—Wilmot,              1928 ) ,Р. Кальверта (1933), А.А. Григорьева

(1934), К.К. Маркова (1932), А.П. Жузе (1939; 1966), Ю.К. Горецкого (1945), В.С. Порецкого и др. (1934), Н.В. Полонского (1934), Н.М. Страхова (1954; 1960) и др. Критический обзор современного состояния рассматриваемого вопроса и систематизация лимнологических данных о Si02 содержатся в работе Л.Л. Россолимо (1971).

Распределение современных и древних континентальных кремнистых отложений. Среди современных континентальных отложений наиболее широко распространены диатомиты Кольского полуострова. Их изучение было начато в 1930 г. Кольский экспедицией Академии наук СССР под руководством А.А.

Григорьева. В результате этих исследований не только обнаружены месторождения диатомитов, но и проведено изучение природных условий образования диатомитовых озерных отложений. Большей частью крупные диатомовые отложения залегают на дне озер, их мощность 1-3 м, реже до 4-5 м, а некоторые (оз. Имандра) даже до 7-9 м. Кроме того, диатомиты встречены почти во всех торфяниках, в виде пластов или отдельных линз, а также в лесных мочажинах среди ледниковых валунов и россыпей. Образование диатомитов связано с послеледниковым временем; во многих озерах оно продолжается и сейчас. Гидрологический режим большинства озер слабо проточный, поэтому озерные отложения кремнезёма отличаются высоким накоплением створок диатомовых водорослей, малой примесью тер- ригенных частиц и органических веществ; последние придают светлому и

серому диатомиту тёмные и бурые окраски. Содержание аутигенного кремнезё. ма в диатомитах Кольского полуострова наиболее высокое и колеблется в пределах 30-70% веса прокаленных образцов. Некоторые диатомиты представляют почти1 чистый Si02 - от 80% до 99%.

Количество створок диатомовых водорослей соответственно также высокое - от 60 до 96% (Порецкий, Жузе, Шешукова, 1934). Содержание других химических соединений сравнительно невелико; AI2O3 от 1 до 5% (в глинистых частицах), редко до 10-22%; содержание железа (Fe203+FeO) обычно 1-6%, органического вещества (потери при прокаливании) - 20-30%.

Отложения кремнезёма в многочисленных озерах и болотистых ландшафтах Карелии, вопреки ожиданиям (Марков, 1932) оказались незначительными. Из отложений диатомитов известны только единичные, в северной части территории, там же встречаются более широко диатомовые илы. В южной Карелии диатомовые отложения встречаются редко, и мощность их мала. В глубоководных илах Ладожского озера содержание SiC^ составляет всего 5-7% сухого веса (Россолимо, 1971), поэтому ошибочно относить осадки Ладожского и Онежского озёр к кремнистым (диатомовым илам), как это делает А.П.

Жузе (1966) в своей сводке. Более часто в Карелии встречаются не современные, а ископаемые четвертичные диатомиты (Варданянц, 1936).

Из числа современных диатомовых отложений в СССР известны также кремнистые отложения Прилужской низменности. Они рассеяны на площади около 400 км . Одно из самых больших - Кингисепское, вскрывается в береговых обрывах реки Луги, общей протяжённостью до 20 км и мощностью до 2 м (Рожкова и Горецкий, 1945). Содержание створок диатомовых здесь всего 8-18%, хотя общее содержание Si02 за счет примеси кварцевых зёрен, достигает 76-80%.

Из зарубежных месторождений диатомовых широко известны диатомиты восточных провинций Канады - Новой Шотландии и Нью-Брансуика, а также в провинциях Квебек и Онтарио (Eardley—Wilmot, 1928). Природные условия здесь сходны с Карелией и Кольским полуостровом. Невысокие хребты Аппалачской горной системы также сложены древними кристаллическими породами, в восточных провинциях Канады произрастают хвойные леса, много озёр, болотистых и луговых участков. Кремненакопление в озёрах продолжается до сих пор, а всего здесь известно более 80 месторождений диатомита. Содержание SiO^ в диатомовых илах достигает 60-65%, в серых диатомитах - до 83%, в чистых слоях - до 95%. В верховьях речек и в более высоко расположенных озёрах, которые питаются талыми водами, отлагаются более чистые диатомиты; среди лесных массивов, где в водоёмы поступает разноокрашенное органическое вещество (цветной гумус), отложения кремнезёма приобретают темнокоричневый цвет. В болотах и под болотно-луговыми почвами встречены очень чистые диатомиты с высоким содержанием SiC^.

В целом условия образования диатомитов в этих районах Канады сравнительно однотипны, что определяется общностью природных условий местных ландшафтов.

Современные диатомиты в США расположены на востоке страны, в небольших озёрах и болотах, их условия образования сходны с восточными провинциями Канады. Наиболее известны диатомовые отложения, образующиеся в мелководных озёрах района гор Адирондак (штат Нью-Йорк), в настоящее время они эксплуатируются.

В южной части территории США, в заболоченной низменности Флориды, преобладают торфянистые диатомиты, мощностью от 1,5 до 4 м. Часто они окрашены органическим веществом.

Торфянистые диатомиты тёмного цвета обнаружены в юго-западных районах Австралии, на широте 32 . Они отлагаются в мелководных озёрах и болотах заболоченной равнины, которая ограничена с востока горными хребтами, сложенными вулканогенными породами.

206

Наконец, из современных пресноводных диатомитов представляют интерес месторождения мелких озёр Претории. Их своеобразие в том, что воды озёр питаются выходами горячих сернистых источников с высоким содержанием карбонатов. В результате с высокой скоростью отлагается "диатомовый цемент", богатый кальцием; интенсивность развития диатомовых водорослей здесь очень большая (Кальверт, 1933).

Перечисленными районами ограничиваются области современного накопления диатомовых озёрных накоплений. Но древние ископаёмые отложения кремнезёма, включая и четвертичные, распространены на земном шаре очень широко, и обнаружены на всех континентах. Сведения о них можно найти в сводных работах М. Э. Янишевского (1920), Eardley—Wilmol              (1928),

Р. Кальверта (1933), Л.Л. Россолимо (1971). Материалы о кремнистых месторождениях СССР систематизированы в сборнике "Диатомиты и трепелы" (1945). Как отмечает Л.Л. Россолимо (1971), до сих пор нет чёткой ясности в названиях различных кремнистых осадков. Обычно диатомитами называют относительно чистые отложения Si02 с хорошей сохранностью створок диатомовфх водорослей, спикул губок, скелетов радиолярий и морских кремневых жгутиковых (силикофлагеллят). Более ранние по возрасту образования кремнезёма, в которых створки диатомовых не обнаруживаются, или встречаются частично среди массы аморфного (опаловидного), скрытокристаллического (халцедона) и кристаллического кремнезёма, называют опоками, трепелами, инфузорной землей.

Большинство третичных и послетретичных континентальных отложений кремнезёма связаны с вулканической деятельностью или с воздействием четвертичных соединений.

В советской научной литературе достаточно подробно описаны диатомиты Армянского вулканического нагорья и Алхалкалакского плато (Горецкий, 1945), кремнистые отложения на реке Шуя Ярославской области (Жузе, 1939; 1966), относимые к последнему межледниковью, и другие. Подробно изучены отложения диатомитов Центральной и Северной Европы, позволившие связать процессы накопления кремнезёма с уровнем изменения трофии межледниковых озёр (ВэЬге, 1962; Foged, I960). Широко распространены третичные и послетретичные пресноводные и морские отложения диатомитов на западе Северной Америки - в Британской Колумбии, в штатах Вашингтон, Орегон, Аризона, Аляска, Невада, Калифорния Их образование связано с периодами вулканической деятельности, но известны также и более молодые послеледниковые отложения диатомита с высоким содержанием (65-70%) створок диатомовых (Plafker, 1956).

Диатомиты третичной эпохи, связанные с мощной вулканической деятельностью, распространены в юго-восточных районах Австралии: в Новом Южном Уэльсе, Квинсленде и Виктории (Kenny, 1924).

Существенно расширяют представление о масштабах биогенного кремнена- копления отложения SiC^ морского генезиса, широко развитые на всех континентах. Сведения о них систематизированы Р. Кальвертом (1933), М.Э.Яни- шевским (1920),Е.В, Рожковой и Ю.К. Горецким (1945), Л.Л. Россолимо (1971). Образования Si02* в которых створки диатомовых водорослей не обнаруживаются (опоки и трепелы) датируются меловой эпохой, а диатомиты- третичной. В конце мезозоя и в кайназое в морях происходило мощное биогенное осаждение кремнезёма/ Из меловых отложений трепела в пределах СССР известны Добужское и Жиздринское в Калужской области (Центральная Россия), которые представляют отложения туронского моря, а также могилев-подольские месторождения (Белоруссия). Диатомиты третичного возраста отлагались в эпиконтинента ль ных морях. Имеются указания в смене отложений карбонатов кремнистыми отложениями (Маркевич, 1956). Неогеновые отложения диатомитов распространены на Керченском и Таманском полуострове, сарматские отложения - на северо-западной оконечности Главного Кавказского хребта.

Позднемезозойские и неогеновые отложения больших территорий Западно-Сибирской равнины и восточных склонов Уральских гор содержат опоки, диатомовые глины и диатомиты. В Приморье морские кремнистые отложения олигоценового возраста залегают на бурых углях, и представлены как опоками, не содержащими створок, так и диатомитами, почти полностью состоящими из скелетов диатомовых (Овсянников, 1936). Третичные морские отложения Si02 обнаружены на западном берегу оз. Ханка, не мысе Шмидта (Чукотский национальные округ), и других районах (Рос- солимо, 1971).

Из этого краткого обзора следует, ч^о формы кремнезёма в месторождениях различны: либо створки диатомовых, либо аморфный и кристаллический кремнезём (опоки и трепелы), либо переходные формы - минеральные разновидности Si02 вместе с редкими вкраплениями створок диатомовых. Эти раз личия в состоянии и формах континентальных отложений кремнезёма породили большие расхождения среди специалистов о происхождении кремнистых осадков, и о соотношении процессов биогенного и физико-химического осаждения кремнезёма.

Биогенное осаждение кремнезёма. Большинство исследований в настоящее время считают, что во всех материковых Ьодах и водоёмах, как и в океане, происходит биогенное осаждение кремнезёма* Основными концентраторами кремнезёма служат диатомовые водоросли, в значительно меньшей степени - кремнистые губки и радиолярии. Вопрос о биогенезе отложений кремнезёма теоретически был обоснован академиком Н.М. Страховым и его школой (Страхов и др., 1954; Страхов, 1960; 1966) на основе применения метода абсолютных масс, в его учении о континентальном осадкообразовании. Н.М. Страхов допускает физико-химическое осаждение кремнезёма в водоёмах, но как единичные, исключительные факты, в условиях полного застойного режима водоёмов при его подпитывании грунтовыми водами, содержащими кремнезём.

Широкое распространение озёрных и морских диатомитов, современных и древних, на всех континентах, действительно убедительно свидетельствует о больших масштабах озерного биогенного накопления Si02, и указывает на биогенное его происхождение. Все это и приводит многих лимнологов и лито- логов-геохимиков, разделяющих взгляды Н.М. Страхова, к убеждению, что практически единственными биогенными концентраторами кремнезёма являются диатомовые, и что "... химическая садка его запрещена и возможно лишь биогенное извлечение из раствора" (Страхов, 1966, стр. 6).

Далее Н.М. Страхов пишет: "Но тогда как же понять генезис форм кремнезёма, открываемых микроскопическим изучением палеогеновых пород: ведь в них наряду со скорлупками диатомовых много кремнезёма аморфного, не имеющего биогенных признаков? Понять это можно только единственным путём. В процессе диагенеза (и позже) раковины диатомей большею частью растворились, ибо были сложены легкорастворимыми формами опала, а затем растворённый Si02' вновь осел в виде уже абиогенного аморфного опала, менее растворимого, чем биогенный" (там же, стр. 7).

Можно продолжить вопрос и дальше: как понять генезис тех отложений кремнезёма, которые вообще не содержат сохранившихся створок диатомовых, и представлены не только аморфным кремнезёмом, "не имеющим биогенных признаков", но и другими, кристаллическими формами SiC^, какgt; например, халцедон, а - кварц, тридимит. Именно с такой ситуацией мы встречаемся_ в ряде рассмотренных выше месторождений трепелов и опок, которые определяются лимнологами (Россолимо, 1971) как результат перекристаллизации растворившихся и исчезнувших створок диатомовых в былых озёрных водоёмах или континентальных морях. Но разве кремнезём, который "... вновь осел в виде уже абиогенного аморфного опала" не есть химически осаждённый кремнезём? Ряд подобных вопросов мы рассмотрим в дальнейшем, здесь же остановимся на факторах собственно биогенного осаждения кремнезёма в озёрах диатомовыми водорослями - организмами, играющими в биогеохимии кремнезёма действительно выдающуюся роль.

Изучение экологических условий образования диатомовых отложений приводит к выводу, что ни один отдельно действующий природный фактор не может считаться достаточным для объяснения широкого диапазона изменчивости диатомовых водорослей в различных условиях окружающей среды (Россолимо, 1971). Только совместное действие многих природных условий, каждое из которых необходимо, но недостаточно, обеспечивает нормальное функционирование диатомовых в водоёмах и последующее отложение кремнезёма. Общей особенностью размещения кремнезёмистых отложений является повышенная влажность, свойственная гумидным областям. В водоёмах засушливой зоны биогенное извлечение происходит в очень слабой степени, содержание Si02 в отложениях обычно не превышает 2,5-3%. В озёрах содового типа, как известно, происходит осаждение силикатов магния.

Образование континентальных отложений, богатых кремнезёмом, коррели- руется, согласно Н.М. Страхову, с распространением массивных кристаллических пород, служащих источником высоких концентраций кремнезёма в водах. Таким же источником Si02 для развития диатомовых служат ледниковые моренные и флювиогляциальные отложения, вулканогенные породы, термальные воды, богатые кремнезёмом.

Существенное значение на процесс образования кремнистых осадков в озёрах оказывают ландшафтные условия, особенно почвенно-растительный покров. Обычно водосборы здесь лесистые, заболоченные, почвы подзолистые, болотно-луговые и торфянистые; гумус почв, поступающий в водоёмы, подкисляет среду, влияя на процессы осаждения Si02«

Гидрологический режим в водоёмах, как правило, слабо проточный, обеспечивающий приток всё новых порций кремнезёма и других питательных элементов с поверхностным и грунтовым стоком.

Из собственно лимнологических условий, способствующих развитию популяций диатомовых, наиболее характерными являются господствующий кислородный режим, присутствие окрашенных органических веществ, повышенные концентрации железа, оптимальные соотношения и взаимосвязь температуры и освещенности, азота и фосфора. Обстоятельный анализ этих вопросов содержится в работе Л.Л. Россолимо (1971), который на основе проработки богатого литературного материала убедительно показал значение экологических характеристик диатомовых, как организмов-концентратов кремнезёма. В то же время в этой работе не менее убедительно показана большая противоречивость исследований по экологии диатомовых, неприменимость многих лабораторных исследований в культурах к реальным природным условиям, где действуют не один - два моделируемых фактора, а богатый и сложный спектр ландшафтно-геохимических, лимнологических, геологических, биохимических и других взаимодействий, в изучении которых только делаются первые шаги.

В заключение этого раздела мы остановимся на одном из таких взаимодействий, которое нам представляется существенным. Многочисленные исследования по видовому составу диатомовых в кремнистых отложениях привели к очень важному выводу: высокие содержания Si02 в диатомитах не зависят от видового состава диатомовых. Могут меняться комплексы массовых осадкообразующих видов, в различных экологических условиях ландшафта и в разных озёрах, но уровень биогенного осаждения кремнезёма может оставаться прежним. Это не исключает тех наблюдаемых в природе случаев, когда развитие диатомовых оказывается подавленным, или, наоборот, происходят

14 1310

резкие вспышки популяций. Причины этих явлений не могут быть раскрыты изучением только ландшафтных и лимнологических условий осадконакопления Si02, охарактеризованных выше. Существуют и особые биогеохимические связи как в пределах самих популяций диатомовых, так и между ними и другими гидрофитами. Эти связи регулируются выделениями водорослями в окружающую среду веществ, которые подавляют или стимулируют их развитие.

Прежде всего, планктонные водоросли нуждаются в витаминах, которые они сами не могут синтезировать. Особенно необходим планктону витамин В-^2» а также тиамин, биотин и ниацин, что подтверждено экспериментально.

В водную среду витамины выделяются другими гидробиоктами, их поглощают диатомовые, - так устанавливается интимное биогеохимическое взаимодействие между отдельными видами и таксонами. Оно изучено ещё недостаточно, но, как полагают, имеет большое значение для проникновения в сущность таких экологических явлений, как смена популяций в озёрных водоёмах и сезонная динамика их развития. К числу веществ, выделяемых водной флорой при жизни или после отмирания, и подавляющих или стимулирующих развитие диатомовых, относятся различные виды антибиотиков и альгициды. О их химической природе и экологическом значении ещё известно мало, однако в литературе описаны многочисленные примеры аутотоксического действия выделений одних веществ на другие (Harder, 1917; Akehurs*; 1931; Pratt, 1940, 1942; Rice, 1954; Jorgensen, 1956, 1957, и др.). "Возможно, - отмечает Л.Л. Россолимо, - что выделяемые водорослями вещества близки к тем сложным органическим соединениям неизвестного состава, экстрагируемого из почв, озёрных отложений, торфа и дрожжей, которые стимулируют рост культур водорослей, включая диатомовые" (Россолимо, 1971, стр. 76). В.И. Вернадский придавал большое значение различным растворённым органическим веществам, создающимся жизнью. "От них не свободен ни один организм - не только тот, который живёт в этих водах, но и зелёный покров суши, получающий непрерывно эти тела в дождях и росах, а главным образом в почвенных растворах", писал В.И. Вернадский (1967, стр. 300) ещё в период создания общего учения о биосфере.

Мы остановились на явлении аутотоксии потому, что это явление и этот тип биотических взаимодействий в настоящее время подвержен больше всего воздействиям хозяйственной деятельности человека. Хорошо известны примеры как бурных вспышек, так и подавления диатомовых под влиянием сельскохозяйственных стоков, удобрений, различных пестицидов, бытовых и промышленных стоков. Все это нарушает установившийся нормальной биогеохимичес- кий цикл развития диатомового фитопланктона, влияет на продуктивность диатомовых и, соответственно, на отлаженный в геологической истории механизм биогенного осаждения кремнезёма. Как видим, и озерное биогенное отложение кремнезёма неразрывно связано с циклом углерода, даже в большей степени, чем в океане, поскольку органическое вещество окружающих водоёмы ландшафтов непосредственно влияет на весь процесс кремненакоп- ления.

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

Еще по теме Накоплениекремнезема в озерах:

  1. Накоплениекремнезема в озерах