Осадки океанского дна

Морские осадки подразделяются на две основные группы: терригенные осадки и пелагические. Терригенные осадки распространены вблизи берега и состоят, как правило, из минералов, поступающих в океан с суши. Эти осадки встречаются на разных глубинах и различаются по цвету, составу и структуре. Обычно в их составе отмечается некоторая примесь крупнозернистых частиц. В ряде областей терригенные осадки почти нацело состоят из известкового материала, образовавшегося вследствие разрушения раковин различных бентосных организмов. Накопления терригенных осадков могут достигать огромных мощностей. Например, морская часть дельты таких грандиозных дренирующих систем, как, например, Миссисипи, впадающей в Мексиканский залив, характеризуется толщей осадков общей мощностью 6000 м. Названия некоторых терригенных осадков, в частности тех их разновидностей, которые отлагаются в областях, близких к пелагиали, отражают их цвет. Например, зеленый ил, синий ил, желтый ил и т. п. В гл. 3 рассматривались осадки, компоненты которых представляют промышленный интерес.

Пелагические осадки

Пелагические осадки встречаются в глубоководных частях океана, значительно удаленных от берега. Они обычно представлены тонкозернистыми илами, цвет которых меняется от белого до темного красно-бурого; среди них выделяются осадки как неорганического, так и органического происхождения. Пелагические осадки, содержащие менее 30% органических остатков, называются красными глинами.

Биогенные илы подразделяются на две основные группы: известковые и кремнистые. Первые сложены преимущественно карбонатом кальция, присутствующим в форме скелетных остатков разнообразных планктонных организмов. Среди известковых илов выделяются три группы: глобигериновые илы, состоящие главным образом из раковинок пелагических фораминифер; птероподовые, сложенные преимущественно раковинами пелагических моллюсков, и кокколитовые илы, состоящие из остатков особого вида океанских водорослей, называемых кокколитофоридами. Главной составной частью кремнистых илов являются скелетные остатки планктонных организмов. В илах этого типа выделяются две группы: диатомовые илы, в основном сложенные створками диатомовых водорослей, и радиоляриевые илы, состоящие преимущественно из скелетов радиолярий. На рис. 34 схематически показано географическое распределение различных типов осадков на дне Мирового океана, а в табл. 11 приводятся площади океанов, покрытые этими осадками. Следует иметь в виду, что названные типы осадков в чистом виде встречаются крайне редко. Так, красные глины всегда содержат некоторое количество раковин известковых организмов, а в глобигериновых, птероподовых, диатомовых либо других илах, как правило, присутствуют глинистые частицы либо иной посторонний материал. На дне океана наблюдаются постепенные переходы от одного типа осадков к другому. И хотя существуют схемы классификации грунтов по содержанию в них органического компонента, при описании нередко возникают сомнения в том, следует ли называть поднятый осадок, скажем, глиной или органогенным илом.

Рис. 34. Распределение донных осадков Мирового океана. 1 - терригенные отложения; 2 - известковые илы; 3 - красные глины; 4, 5 - кремнистые илы; радиоляриевые (4) и диатомовые (5).

Илы и глины являются преобладающими типами глубоководных океанских осадков, однако, помимо них, на дне океанов встречаются и другие образования, правда в относительно ограниченных количествах, но имеющие немаловажное экономическое значение. К ним принадлежат марганцевые конкреции и остатки животных Весь этот материал, включая глины и илы, можно рассматривать в качестве промышленно важных источников ряда ценных минералов.

Известковые илы

Известковые илы покрывают около 128 млн. км² океанского дна, или примерно 36% общей площади океанов. Средняя глубина распространения илов составляет около 3500 м, однако глубины океана над поверхностью таких осадков меняются от 700 м до более 6000 м. Мощность слоя известковых илов в океане оценивается примерно в 400 м (Revelle et al., 1955). Оперируя величинами мощностей и площадью развития этих осадков, можно подсчитать, что в океанах заключено около 10¹⁶ т известковых илов. Установлено, что средняя скорость накопления рассматриваемых осадков равна приблизительно 1 см за 1000 лет, иными словами, ежегодно на океанском дне отлагается примерно 1,5 млрд. т илов. Эти цифры интересно сопоставить с величиной ежегодной добычи известняка на суше - 0,2 млрд. т, поскольку в промышленности последний может быть заменен известковыми илами. Если 10% залежей илов на океанском дне окажутся пригодными для эксплуатации, то его запасов хватило бы на 10 млн. лет. Не менее примечательным является и тот факт, что темпы накопления известковых илов в океане - 1,5 млрд. т в год - в 8 раз превышают ежегодное мировое потребление известняка.

Среди многих видов организмов, участвующих в формировании известковых илов, основным агентом являются фораминиферы, в частности Globigerina bulloides (Murray, Renard, 1891). На этом основании наиболее распространенные известковые илы океанского дна называются глобигериновыми илами. Кроме того, в состав глобигериновых илов нередко входят раковины птеропод, кокколиты, рабдолиты, обломки неорганического происхождения - полевые шпаты, магнетит, кварц, зерна двуокиси марганца и вулканические частицы. Неорганические частицы разносятся по всему океану либо ветрами, как пыль материковых пустынь, либо водными течениями, в виде пемзы или других продуктов вулканических извержений, происходящих в глубинах океанов. Размерность частиц глобигериновых илов меняется в интервале 0,5-500 μ. В пределах же этого интервала распределение размерных фракций отличается относительным постоянством. Рис. 35 воспроизводит микрофотографии различных компонентов илов океанского дна. В табл. 12 приведен химический состав ряда образцов глобигериновых илов, поднятых с различных участков дна океана. Эти илы отличаются относительно высоким содержанием карбоната кальция - 93%. Как правило, осадки с высоким содержанием карбоната кальция встречаются в относительно мелководных областях океана, обстоятельство, которое с точки зрения эксплуатации этого сырья имеет большое преимущество. Табл. 13 содержит некоторые показатели, рассчитанные по данным табл. 12, а также показатели промышленной кондиции для каждого компонента, требуемые Американским обществом испытания материалов. Указанные в табл. 13 типы I и II цементных пород предоставляют самое распространенное в мире цементное сырье - 95% исходных материалов для цементного производства. Сопоставление среднего химического состава глобигериного ила и цементной породы позволяет предположить, что глобигериновый ил может быть использован в качестве хорошего цементного сырья. В этом нас убеждает высокое содержание в этих осадках СаО и относительно низкое содержание окисей магния, калия и натрия.

Рис. 35. Микрофотографии илов океанского дна. Отчетливо видна форма слагающих их частиц (фото Аллана Би, Ламонтская геологическая обсерватория, Палисейдс, Нью-Йорк). А - известковый ил (Атлантический океан, 35°06' с. ш., 45°56' з. д.), увеличение в 75 раз; Б - кремнистый ил (Тихий океан, 59°22' с. ш., 142°52' з. д.), снято на затемненном фоне, 150-кратное увеличение.

Глобигериновые илы, как видно из схемы распространения главных типов океанских осадков (см. рис. 34), являются преобладающим осадком на дне Атлантического океана. В Тихом океане накопления этих илов располагаются на расстоянии нескольких сотен километров от берегов и могут разрабатываться практически всеми прибрежными государствами. В Индийском океане глобигериновые осадки покрывают около 54% площади дна, причем если большая часть дна западной половины Индийского океана покрыта известковыми илами, то в его восточных областях преимущественно распространены красные глины. Накопления известковых илов располагаются в пределах 100-километровой полосы, протягивающейся вдоль континентального побережья океана.

^* (Типовые анализы цементных пород заимствованы из работы Тэггарта (Taggart, 1945).)

Большая часть площади дна северной половины Тихого океана покрыта красными глинами. Эти же осадки преобладают и в центральных областях южной половины Тихого океана, в особенности между 140° и 180° з. д. Глобигериновые же илы являются доминирующими осадками, которые обрамляют Австралию, Новую Зеландию и развиты до десятой северной параллели, а также в центральных областях юго-восточной части Тихого океана.

Как сырье для производства портланд-цемента, глобигериновые илы обладают многими преимуществами по сравнению с известняками. Помимо того, что состав глобигериновых илов полностью соответствует промышленным кондициям для цементного производства, они тонкозернисты, развиты на огромных площадях океанского дна в виде рыхлых осадков и доступны для разработки всем государствам, имеющим выход к океану.

Наилучшим способом разработки известковых илов является метод гидравлического драгирования. Его осуществление требует постройки гидравлической драги, способной ежедневно перекачивать 25 тыс. т осадка с глубины 4000 м, при этом стоимость капитальных затрат выразится суммой в 15 млн. долл. Стоимость добычи 1 т известкового ила составит около 1 долл., а расходы по перевозке от места добычи в порт, отстоящий на 200 км, дополнительно увеличат общую стоимость 1 т осадка на 1 долл. Так как ил находится в рыхлом, сыпучем состоянии, его транспортировку легко осуществить посредством перекачивания. Отпадает также необходимость измельчения этого сырья при подготовке его к производству портланд-цемента. Однако в этом случае весьма желательна промывка осадка пресной водой для удаления солей.

Помимо глобигериновых илов, среди океанских осадков известно еще несколько типов известковых илов. Среди них птероподовые и кокколитовые илы встречаются на весьма ограниченных участках океанского дна. Эти осадки с точки зрения их добычи как сырья для получения карбоната кальция не имеют ощутимых преимуществ перед глобигериновыми илами. Исключения составляют лишь те немногие случаи, когда содержание CaCO₃ в этих илах повышается до 98,5%, что по крайней мере на несколько процентов выше количеств этого компонента в глобигериновых илах. Кроме того, птероподовые и кокколитовые илы обычно содержат меньше глинозема и кремнезема (табл. 14).

В коралловом песке и в самих кораллах содержание CaCO₃: обычно превышает 90%. И хотя на многих островах коралловые отложения разрабатываются как известняковое сырье, эти образования уступают карбонатным илам с точки зрения цементного производства. Отрицательным фактором является необходимость агломерирования коралловых осадков в относительно компактную массу или крупнозернистые агрегаты и тем самым необходимость дальнейшего измельчения полученного продукта в общем процессе производства цемента.

Кремнистые илы

В океане широко развито два типа кремнистых илов. Первые, радиоляриевые, илы состоят преимущественно из раковин, скелетов и спикул планктонных организмов - радиолярий. Радиоляриевые илы распространены в Индийском океане в районах, окружающих Кокосовый остров, и к востоку от Мадагаскара. Подсчитано, что покрываемая этими осадками площадь дна Индийского океана составляет около 0,3 млн. кмг. В Тихом океане радиоляриевые осадки наблюдаются вдоль параллели 10° с. ш. и прослеживаются от нее на 5° к северу и югу; по широте район их развития ограничен 90° и 160° з. д. Южные области центральных частей Тихого океана характеризуются пятнистым распределением радиоляриевых осадков, которые в общей сложности покрывают в Тихом океане площадь около 6,6 млн. км².

Обычно радиоляриевые илы располагаются в пограничной зоне между областями накопления известковых илов и красных глин. Эти три типа осадка постепенно сменяют друг друга, представляя собой илы смешанного состава в участках перехода. Разбавляющее влияние посторонних примесей приводит к тому, что содержание кремнезема в радиоляриевых илах редко превышает 60%. Табл. 15 иллюстрирует химический состав нескольких образцов кремнистых илов. Вследствие относительно высоких содержаний железа радиоляриевые илы часто окрашены в различные оттенки красного и бурого цвета. Радиоляриевые илы встречаются на глубинах 4300-8200 м, в среднем около 5300 м. Примечательно, что в Атлантическом океане радиоляриевые илы до сих пор еще никем не наблюдались.

^* (Murray, Renard, 1891.)

^** (El Wakeel, Riley, 1961.)

Второй тип кремнистых осадков представлен диатомовыми илами, сложенными из фрагментов планктонных растительных организмов. Накопление этих илов весьма четко ограничено северной периферией Тихого океана и южными окраинами Тихого, Индийского и Атлантического океанов. Эти осадки покрывают около 4,1 млн. км² дна Южной Атлантики и 12,6 млн. км² в южной части Индийского океана. В Тихом океане диатомовые илы занимают около 14,4 млн. км². Эти осадки развиты на глубинах от 1100 м примерно до 5700 м, в среднем 3900 м. Наиболее чистые разности диатомовых илов имеют белый или кремовый цвет. Если принять мощность диатомовых осадков около 200 м, то общее их количество на дне океанов должно составить примерно 10¹³ т. Размерность частиц диатомовых осадков меняется в пределе 1-100 μ, но на гранулометрической гистограмме распределения отчетливо выражен максимум, отвечающий приблизительно 10 μ (Revelle, 1944). В высушенном виде диатомовые илы по цвету и структуре напоминают муку.

Чистые образцы диатомовых илов содержат не менее 90% SiO₂, но в них, как правило, присутствует также небольшая примесь глинистых частиц. Однако существенные различия в размерах частиц позволяют сепарировать диатомовые илы и получить продукт с содержанием кремнезема не менее 99% в пересчете на воздушно-сухую навеску.

Кремнистые илы находят самое широкое применение в различных отраслях промышленности. Их можно использовать в качестве легких пористых наполнителей бетона, как фильтры, как сырье для изготовления кирпича, обладающего термо- и звукоизоляционными свойствами, как минеральные наполнители, абсорбенты и мягкие абразивы. Соединенные Штаты ежегодно потребляют около 0,5 млн. т диатомита, причем себестоимость 1 т добытого материала составляет около 30 долл. Себестоимость же 1 т извлекаемых со дна моря кремнистых осадков равна примерно 1 долл., однако транспортные расходы по доставке этого материала в большинство крупных центров потребления в ряде случаев существенно увеличивают стоимость 1 т этого сырья - до 10 долл. Сыпучесть материала позволяет осуществлять его транспор