Отложение соленых озер и эпиконтинентальных морей


В настоящее время замкнутые внутриконтинентальные дренажные бассейны находятся в наиболее сухих областях суши, где поверхностный сток полностью уравновешивается испарением и не образуется никакого избытка вод, которые бы попадали в океан. Соли, привносимые реками и ручьями в такие бассейны, постепенно накапливаются в озерах до тех пор, пока концентрация не станет настолько высокой, что начнется кристаллизация солей. Состав и концентрация растворенных солей изменяются от одного бассейна к другому (табл. 14.2). В большинстве случаев они явно отличаются от смеси солей, присутствующей в морской воде. Действительно, состав солей только немногих озер, в частности Большого Соленого озера в Юте, близок к составу солей морской воды. Воды большинства внутриконтинентальных озер часто характеризуются преобладанием таких солей или радикалов, которые в морской воде присутствуют в подчиненных количествах или в виде примесей. Воды щелочных озер могут содержать много карбоната натрия, в водах других озер может преобладать сульфат натрия, магния или хлористый магний. Воды нескольких озер отличаются содержанием большого количества боратов, тогда как в других отмечаются аномальные содержания брома, калия или растворенного кремнезема.
Отложение соленых озер и эпиконтинентальных морей

В табл. 14.2 приведены составы солей, растворенных в водах некоторых типичных соленых озер, эти данные только отчасти иллюстрируют широкие колебания состава вод; в большинстве случаев эти воды представляют собой насыщенные растворы тех или иных солей, которые в настоящее время выпадают в осадок.
По составу растворенных солей четко выделяются два типа соленых озер, а именно: 1) собственно соленые озера с преобладанием в водах хлоридов, как, например, Мертвое море, и 2) горько-соленые озера с сульфатами и щелочными карбонатами, например озеро Карсон в Неваде. Озеро Эльтон занимает промежуточное положение между озерами двух выделенных типов, так как оно богато хлоридами и сульфатами.
Мертвое море. Это море первоначально в плиоценовое время представляло собой морской залив, протягивавшийся вдоль Великой Рифтовой долины, но вскоре залив потерял связь с океаном, так что в плейстоценовое время он оказался полностью окруженным сушей. В этой погружающейся рифтовой долине отложилась континентальная толща солей мощностью не менее 1000 м и осадконакопление продолжается до настоящего времени. Климатические изменения в четвертичное время вызывали периодические сокращения притока воды и повышенное испарение, что в свою очередь приводило к колебанию уровня озера. При сокращении притока воды концентрация солей возрастала, и они, как и в настоящее время, осаждались в больших количествах в определенные времена года.
Было показано, что воды реки Иордан, главного питающего канала Мертвого моря, очень богаты растворенными минеральными веществами, так как они протекают через район, сложенный в основном плейстоценовыми, третичными и, возможно, кембрийскими соленосными породами. Помимо этого, близ озера находится много минеральных источников, среди которых имеются и горячие источники. Эти источники связаны с вулканической деятельностью, сопровождающей погружение земной поверхности в рифтовой зоне, в которой расположено Мертвое море. Полагают также, что в этом море находятся подводные минеральные источники, причем некоторые из них поставляют битуминозные продукты. Примечательная особенность вод Мертвого моря — присутствие большого количества брома; отношение Cl:Br в современных отложениях галита у южной конечности моря достигает 2500:1. В галитах и хлоридных отложениях современных и древних морских бассейнов это отношение обычно колеблется в пределах от 3000:1 до 15 000:1.
Следующее положение имеет важное значение для изучения озер, а именно концентрация какой-либо одной соли контролируется содержанием и соотношением других солей, присутствующих в растворе; это положение объясняет тот факт, что в настоящее время во многих озерах отлагается одна и та же соль, хотя в воде эта соль может присутствовать в самых, различных количествах.
Плайи (солончаки). Отложение солей в плайях (солончаках), которые часто образуются в засушливых и полузасушливых внутренних бассейнах, происходит по относительно простой схеме и часто отражает эволюцию химизма рассолов в обстановке, контролируемой в основном общим составом вод и степенью испарения.
Отложение соленых озер и эпиконтинентальных морей

Хорошим примером внутриконтинентального солончака может служить долина Салин-Валли в Калифорнии, где можно видеть зональное распределение эвапоритов, смешанных с песками и илами (рис. 14.1). Эвапоритовые минералы встречаются также в виде выцветов на поверхности. Воды, поступающие в этот солончак, притекают из родников и горных рек, но в район солончака они попадают как грунтовые воды. Эти воды уже в начале пути довольно богаты ионами натрия, кальция, сульфата и бикарбоната, но большая скорость испарения обусловливает постепенное обогащение ионами натрия, хлора и сульфата в направлении к центру солончака. Последовательность событий такова: сначала происходит осаждение кальцита в аллювиальных конусах выноса, прилегающих к солончаку, что приводит к уменьшению концентрации ионов кальция и бикарбоната в водах; затем в краевых частях бассейна осаждается гипс, что изменяет концентрацию сульфат-иона; в конечном счете в центральных участках солончака постепенно увеличивается концентрация ионов натрия и хлора и в различных соотношениях осаждаются глауберит и галит. В отложениях солончаков в рассеянном состоянии встречаются анальцим NaAlSi2O6*H2O и сепиолит, осаждавшиеся одновременно с солями.
Выше уровня грунтовых вод в капиллярных порах обычно осаждаются различные соли, образующие твердые корки мощностью около метра. Даже песчаные дюны по краям солончака могут быть прочно сцементированы такими солями. В этих поверхностных корках повсеместно развиты трещины усыхания и текстуры коробления под давлением, обусловленные кристаллизацией новых солей. В этих корках видны следы коррозии, знаков псевдоряби, острых выступов и промоин, которые заставляют предполагать спазматические притоки поверхностных вод; характерны также соляные сталактиты и конусы, похожие на туфовые.
Каспийское море. Вокруг Каспийского моря соли отлагаются в изолированных участках, имеющих ограниченное сообщение с морем. В таких ситуациях в районах, где высокие температуры приводят к сильному испарению вод, а количество пресных осадков весьма ограниченно, соли начинают выпадать в осадок. Классическим примером такой обстановки является залив Кара-Богаз-Гол на восточной стороне Каспийского моря, занимающий площадь 18 000 км2. Глубина залива около 3 м, а состав вод резко отличается от состава вод моря (табл. 14.3).
Отложение соленых озер и эпиконтинентальных морей

Залив отделяется от моря узким проливом длиной около 10 км, шириной 100—150 м и глубиной 6 м. Постоянный приток морской воды в залив через пролив восполняет потерю в результате испарения. Следовательно, в водах постоянно увеличивается содержание солей. Химические анализы показывают, что высокая концентрация солей натрия и магния в водах залива отмечается в течение последних трех или более десятилетий.
Соли натрия и магния, так же как галит, эпсомит и астраханит MgSO4*Na2SO4*4H2O, в настоящее время осаждаются на 75% площади, покрытой водой (на территории около 10 000 км2). До 30-х годов нашего столетия в основном осаждался глауберит, а затем, вследствие увеличения концентрации рассола, увеличилось содержание других солей. Галит впервые начал осаждаться в 1939 г.
Сейчас в летние периоды осаждаются галит, эпсомит и астраханит, в основном в северном и восточном участках залива, где в рассолах концентрация солей наибольшая. В зимнее время осаждаются мирабилит и немного эпсомита. В течение зимних месяцев в южном и западном участках залива также осаждается мирабилит. Гипс осаждается постоянно в краевых частях залива, особенно у западного побережья близ пролива. Однако положение границ между эвапоритовыми фациями варьирует в зависимости от времени года, количества притекающих вод и от перемещения поверхностных рассолов под воздействием сильных ветров.
Под современными слоями солей залегают три древние толщи солей, разделенные карбонатными отложениями. По-видимому, такое строение разреза осадков отражает позднечетвертичные поднятия и опускания уровня Черного моря, причем карбонатные илы накапливались при трансгрессиях и высоком уровне моря, а соли отлагались при регрессиях и при низком стоянии воды.
Морские солончаки. В настоящее время в многочисленных лагунных морских солончаках в осадок выпадает хлористый натрий. Соленые озерки на Багамских островах представляют собой мелкие водоемы, расположенные за линией берега и в большинстве случаев отделенные от моря проницаемым барьером. В Средиземноморском районе примером может служить хорошо известное соленое озеро близ Ларнака на острове Кипр. Интенсивное испарение воды приводит к увеличению концентрации солей и понижению уровня озера на метр или около этого по сравнению с уровнем открытого моря, от которого озеро отделено барьером, сложенным неконсолидированными отложениями. Проницаемый слой песка и гравия обеспечивает медленное просачивание в озеро соленой морской воды.
Персидский залив. Высокие литоральные и надлиторальные (прибрежные себхи) зоны засушливого побережья Персидского залива в районе Объединенных Арабских Эмиратов представляют собой участки накопления извести шириной несколько километров, продвигающиеся в сторону залива. Процессы раннедиагенетической доломитизации широко проявлены в осадках, однако происходит также осаждение ангидрита, гипса, галита и целестина в результате капиллярного подтока вод выше уровня грунтовых вод. Вода поступает в основном из моря и через литоральную зону попадает в зону себхи, где испарение на поверхности преобразует поровую воду с «нормальной» соленостью в рассол.
Отложение соленых озер и эпиконтинентальных морей

На высоких литоральных равнинах в известковистых отложениях образуется гипс, обычно под водорослевыми матами (строматолиты). Гипс и строматолиты выделяются в виде слоев мощностью до 30 см примерно на глубине 1 м от поверхности.
Из высококонцентрированных поровых рассолов выше уровня грунтовых вод в зоне себхи осаждается преимущественно ангидрит, а не гипс. Кристаллы ангидрита постепенно срастаются и образуют желваки и желваковые прослои, которые иногда простираются на обширных участках дна высыхающего озера. Для этих слоев характерна тонкосетчатая текстура («chickenwire»). При замещении ранних карбонатных зерен в желваковых слоях известковистых отложений обычно развиваются кишечноподобные текстуры, которые описываются как энтеролито-вые складки.
Как близповерхностные ангидриты, так и более глубокие гипсы высыхающих озер подвергаются дальнейшим диагенетическим изменениям. Известно, что ангидрит замещается гипсом, если циркулирующие поровые воды становятся менее насыщенными слоями, и, наоборот, гипс замещается ангидритом при соприкосновении с высококонцентрированными водами. Известно, что кристаллы ангидрита и гипса замещаются кальцитом, доломитом, целестином и халцедоном (рис. 14.2). Плоские кристаллы вторичного гипса длиной до 12 см и агрегаты типа «роз пустыни» весьма характерны на поверхности себхи. Эти кристаллы обычно наполнены песчинками кварца.