Метаморфические и осадочные породы

Когда тектонические плиты, из которых слагается земная кора, сталкиваются, вырастают горы. От удара кора утолщается, горные породы вдавливаются на глубину до 68 км. Там они под воздействием тепла и давления изменяют свой облик и состав — этот процесс называется метаморфизмом. Земная кора находится в непрерывном движении, поэтому метаморфизм идет постоянно и образуется множество различных пород. Изучая их, геологи определяют, какие условия существуют в недрах планеты. Осадочные породы, напротив, образуются при циклических процессах, происходящих на поверхности Земли, — выветривании, эрозии и осадконакоплении.

Реки несут вещество разрушенных эрозией пород в устья, где оно оседает, образуя дельту реки. В далеком прошлом из больших накоплений органического материала в плодородных дельтах образовались залежи угля и торфа.

КОНТАКТНЫЙ МЕТАМОРФИЗМ

Процесс метаморфизма может достигать очень крупных масштабов, охватывая десятки тысяч кубических километров породы. Но может он происходить и в сравнительно небольшом объеме. Но в каждом случае главной движущей силой процесса служит внутренняя тепловая энергия Земли. При локализованном нагреве в основании земной коры породы плавятся, образуется магма, которая, поднимаясь, внедряется в лежащие над ней горные породы. Иногда магма застывает под поверхностью Земли, образуя включения вулканических пород, называемые плутонами. Породы земной коры, в которые вторглась расплавленная магма, разогреваются. Нагрев вызывает метаморфические изменения минералов окружающей породы. Этот процесс называется контактным метаморфизмом. Область измененной породы бывает сравнительно узка — от нескольких сантиметров до километра и даже более.

МЕТАМОРФИЗМ В ГОРЯЧЕЙ ВОДЕ

Метаморфизм может также происходить под воздействием горячих жидкостей. В срединно-океанических хребтах (они располагаются на глубине около 3 км под водой), где плиты океанической коры раздвигаются в разные стороны, в щель между двумя плитами непрерывно поступает расплавленная магма. Она затвердевает, образуя новое дно (океаническую кору). Под действием высокой температуры вода всасывается в трещины хрупкой лавы — такая система называется гидротермальной циркуляцией. Через эту сеть трещин, окутывающую весь мир, ежедневно проходит огромное количество воды — 410 млн. тонн в день. Горячая (до 300 °С) соленая морская вода вступает в реакцию с вновь образованной корой, изменяя ее облик и состав. Этот метаморфизм нередко сопровождается образованием рудных минералов, например, сульфида железа.

РАЗНООБРАЗИЕ МЕТАМОРФИЧЕСКИХ ПОРОД

Метаморфизму подвержены любые породы — вулканические, осадочные и даже метаморфические. Минеральный состав и внешний вид конечного продукта зависят от первоначального состава породы, а также от условий метаморфизма (температура и глубина). Например, аргиллит, побывавший на глубине 10 км, под воздействием давления сжимается и превращается в сланец. Но тот же самый аргиллит, погрузившийся в недра Земли на глубину 20 км и нагретый до 500 °С, превращается в красивую породу серебристого оттенка с ярко выраженной слоистостью, которая называется аспидный сланец. Эта порода часто содержит богатые алюминием минералы — мусковит, биотит, гранат.

ОСАДОЧНЫЕ ПОРОДЫ

Осадочные породы образуются в процессах, происходящих на поверхности Земли. Частицы осадочных пород создаются выветриванием горных пород (песчаник), под действием ледников (тиллиты), ветра (эоловые отложения) и дождя. Многие осадочные породы состоят из органического вещества — остатков животных (известняки) и растений (уголь). Третий тип осадочных пород образуется на поверхности Земли в результате химических реакций или испарения (соли).

ЦИКЛИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС

Самый распространенный на Земле тип — это осадочные породы, образованные за счет разрушения существующих горных пород. Родительская порода — вулканическая, метаморфическая или осадочная — сначала разрушается. Разрушение происходит разными путями — мягкое растворение слабокислыми дождями, растрескивание под давлением замерзшей воды, жесткое истирание движущимися ледниками. Частицы горной породы, отколовшись от исходного монолита, обычно переносятся на другое место и там оседают. «Средствами транспорта» для частиц служат вода, ветер, лед или снег.

СИЛА ВОДЫ

Самым распространенным средством переноса осадочных частиц является вода. Горные потоки при наводнениях могут перемещать валуны весом в несколько тонн, а медленные равнинные реки несут в себе частицы глины и ила, нередко в огромных количествах. При наводнениях эта мелкозернистая взвесь оседает на прилегающих к реке территориях. В конце концов реки выносят частицы горных пород в море, где они оседают в устьях и дельтах рек.

РЕЧНЫЕ ОСАДКИ

Речные осадки на суше могут, накапливаясь, достигать огромной толщины. Со временем мягкая толща осадков сдавливается под тяжестью вышележащих слоев, высыхает и превращается в твердую породу. Этот процесс называется окаменением (литификацией). Такие осадочные породы могут рассказать всю свою историю — откуда они принесены, где осели. В речных осадочных породах обычно встречаются извилистые каналы, заполненные пористым песчаником. Они окружены тонкими чередующимися слоями алеврита и аргиллита, в которых нередко содержатся окаменевшие корни растений, росших в пойме реки и в дельте.

ПЕСЧАНИКИ ПУСТЫНИ

Частицы горных пород, переносимые ветром, обычно заканчивают свой путь на дне реки или ручья, но, если поблизости нет воды, они могут осесть в песчаном холме — дюне. В сухих внутренних областях континентов проливается мало дождей, растительность скудна, поэтому свободные мелкие частички легко сдуваются сильным ветром, открывая поверхность скалы дальнейшему выветриванию. Под воздействием песка, переносимого ветром, эрозия усиливается. Сдутый песок откладывается в виде дюн, размер которых зависит от силы ветра и от того, долго ли он дует в одном направлении.

МОРСКИЕ ОСАДОЧНЫЕ ПОРОДЫ

Когда осадки с суши попадают в море, волны и течения разносят их вдоль берегов и уносят далеко от берега. Почти все осадки сухопутного происхождения заканчивают свой путь на мелководных шельфах, окаймляющих берега континентов. За миллионы лет на континентальных шельфах накапливаются слои осадков толщиной в несколько километров. Они тянутся в глубь океана на десятки, а то и сотни километров. Превращаясь в камень, осадки континентального шельфа образуют мощные залежи песчаника, алеврита и аргиллита. В них находят множество окаменелых остатков обитателей моря, а также сухопутных животных, принесенных реками.

ЖИВЫЕ ПОРОДЫ

Изобильная жизнь тропических морей создает громадные постройки — рифы. Их строят кораллы и другие существа — каменные губки, мшанки и известковые водоросли. На поверхности этих живых структур затем поселяются другие организмы, которые надстраивают и укрепляют сооружение. Поскольку рифы в основном состоят из известковых минералов — таких, как карбонат кальция, кристаллизующийся при нормальной температуре и атмосферном давлении, — они могут образовывать очень толстые осадочные отложения, которые, затвердевая, превращаются в прочную горную породу — известняк.

МЕЛКОВОДНЫЕ МОРЯ

В прошлом, когда уровень океана был высок, мелководные моря занимали обширные пространства нынешней суши. Там образовались мощные пласты известняковых отложений, подобных тем, что сформировались в Северной Америке на протяжении силурийского и нижнего каменноугольного (миссисипского) периодов. Еще одна форма известняковых осадочных пород — мел, который образовался в меловом периоде и слагает живописные белые скалы на юге Англии и северо-западе Франции. Эти карбонатные породы состоят из миллионов скелетиков одноклеточных микроорганизмов под названием кокколиты. Эти планктонные существа жили в толще воды. Накапливаясь миллионы лет на дне, их остатки образовали слой известкового ила, который со временем превратился в пласты известняка толщиной до 300 м.

СОЛЯНЫЕ ОСАДКИ

Знаменитые соляные копи Сибири, возраст которых достигает 550 млн. лет, образовались в процессе испарения. Это происходит, когда мелководные морские бухты или лагуны то соединяются с морем, то отделяются от него. Когда температура воздуха высока, а пресной воды из рек и дождей поступает совсем мало, скорость испарения становится очень большой. Морская вода испаряется, и на дне лагуны остаются кристаллы минералов, растворенных в воде. Самый распространенный из них — хлорид натрия (обыкновенная поваренная соль).

ГЛУБОКОВОДНЫЕ МОРСКИЕ ОСАДКИ

Песчинки обычного размера не могут попасть на морскую глубину, разве что их унесет туда особым течением. К таким течениям относятся периодически возникающие мутьевые потоки. Они возникают при небольших землетрясениях и переносят огромные массы песка и глины от края континентального шельфа на глубину, в подводные долины, рассекающие склоны прибрежного шельфа. Долины ограничивают и направляют это течение, и оно, как лавина, катится вниз, пока не достигнет глубокого морского дна. Затем поток рассеивается по площади в тысячи квадратных километров и осаждает слои глинистого песка толщиной около метра. В прибрежных океанских впадинах эти осадки могут накапливаться пластами толщиной до нескольких сотен метров.

ИЗ ГЛУБИНЫ НА СУШУ

Океаническая кора не живет долго. Зародившись в срединно-океанических хребтах, она перемещается к зонам субдукции и там опять погружается в недра Земли. Поэтому глубоководные морские осадки обычно не сохраняются в летописи окаменелостей. Однако слои глубоководных осадков, сформированные мутьевыми потоками, при субдукции иногда соскребаются с океанского дна гигантскими клиньями и «прилепляются» к берегам континентов. В результате такого процесса в третичную эпоху из глубоководных осадков морского дна образовались залежи песчаника турбидита, которые встречаются на побережье Калифорнии.

О ЧЕМ РАССКАЗЫВАЮТ ДРЕВНИЕ ОСАДКИ

Окаменелости, найденные в осадочной породе, указывают на возраст этой породы и дают понять, в какой среде она образовалась. Осадочные породы часто включают в себя как неорганическое, так и органическое вещество. Например, черный аргиллит раннеюрской эпохи, встречающийся в скалах Лайм-Реджис на юге Англии, содержит органическое вещество, из которого состояли зубы рыб и кости ихтиозавров. Сама глина, превращенная в аргиллит, состоит из мелких неорганических частиц горной породы, но ее черный цвет говорит о том, что в ней содержится много углерода. Он появился там в результате разложения мягких тканей животных.

ЦИКЛ ПРОДОЛЖАЕТСЯ

Большинство осадочных пород образуются из подводных отложений, опускающихся все ниже и под тяжестью новых слоев превращающихся в камень. Иногда, вследствие тектонических процессов, таких, как землетрясения и извержения вулканов, а также общего понижения уровня моря, осадочные породы поднимаются над поверхностью воды. Как только порода оказывается на воздухе, начинается процесс выветривания. Частицы переносятся на новое место, и цикл образования осадочной породы начинается заново.

Песчаные дюны, или барханы, образуются в результате осаждения песка и мелких частиц горных пород, принесенных пустынными ветрами. Некоторые дюны достигают 45 м в высоту и тянутся на сотни километров.

Самая большая биологическая структура на Земле — Большой Барьерный Риф в Австралии. Он представляет собой массив живой породы протяженностью 2027 км.