ЛИТОЛОГИЯ И ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ, 2012, № 3, с. 227-230
УДК 550.4/7:551.2
ЛИТОЛОГО-БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ КАРБОНАТОНАКОПЛЕНИЯ В ЦИМЛЯНСКОМ ВОДОХРАНИЛИЩЕ
© 2012 г. |О. А. Бессонов|, Н. В. Голубова, Л. Н. Казьмина*
Южный федеральный университет 344090 Ростов-на-Дону, ул. Зорге, 40; E-mail: golubova@sfedu.ru *Ростовская академия сервиса ЮРГУЭС 344001 Ростов-на-Дону, ул. Варфоломеева, 215; E — mail: rostinserv@aaanet.ru Поступила в редакцию 15.06.2010 г.
Изучены источники поступления карбонатов в Цимлянское водохранилище и пути их вывода из него, а также характер распределения по площади, морфологические и структурные особенности минералов. Установлено, что в Цимлянском водохранилище имеет место дисбаланс между темпами поступления карбонатного материала в водоем и темпами его седиментации. Показано, что практически весь терригенный карбонат утилизируется моллюсками, строящими раковины из арагонита. Они ускоряют перераспределение химических элементов в карбонатах, перестраивают их кристаллические структуры, отторгают магний и ассимилируют стронций.
Процессы карбонатонакопления широко распространены в современных водоемах. Образование карбонатов является характерной чертой седиментации в Цимлянском водохранилище, что обусловлено его внутриконтинентальным положением, своеобразием гидрохимического и гидробиологического режимов, климатическими особенностями.
При изучении условий образования и накопления карбонатов в современных водоемах лито-логи постоянно сталкиваются с проблемой дисбаланса между темпами поступления терригенно-го карбонатного материала в водоем и темпами его седиментации. Как правило, масса поставляемых обломочных карбонатов в водоем всегда меньше массы, участвующей в седиментогенезе. Объяснение этого феномена неустойчивостью терригенной карбонатной фракции и ее растворением не находит подтверждения. Во-первых, ни в одном случае не регистрируется увеличения концентрации Са2+ и [НСО3]- в придонных горизонтах водной массы и, во-вторых, существуют примеры, когда суммарная масса карбоната кальция, поставляемого в твердой и жидкой фазах в конечный водоем стока, оказывается меньше массы биогенного карбоната, генерируемого бентосом и осаждаемого на дне. Такая ситуация характерна, в частности, для Азовского моря. Проблема подобного дисбаланса наблюдается и в Цимлянском водохранилище.
Цимлянское водохранилище — это один из крупнейших искусственных водоемов, расположенных в степной зоне юга России. Полный объем водохранилища — 23860 млн м3 при нормальном
подпорном уровне [Гидрометеорологический ..., 1977]. Средняя глубина водоема — 8.8 м, максимальная — 35 м, наибольшая ширина — 38 км. Площадь водного зеркала — 2702 км2, из них 314 км2 приходится на мелководье. По морфометриче-скому строению в водоеме выделяются четыре участка (местное название — плесы Калачский, Чирской, Центральный (Потемкинский) и При-плотинный, различающиеся по форме и основным чертам гидрологического режима.
Анализ содержания и распределения органического углерода в водохранилище позволяет отнести его к типично эвтрофным водоемам со значительным поступлением в него аллохтонного углерода, источником которого являются атмосферные осадки, паводковые воды, воды постоянных водотоков, аэрозоли и продукты абразии берегов.
Основным продуцентом органики в водоеме является фитопланктон. Он обладает высокой биологической продуктивностью. Для фитопланктона характерно значительное видовое разнообразие, однако в количественном отношении преобладают синезеленые водоросли, которые вызывают интенсивное "цветение" воды в летний период. Среди представителей донной фауны выделяются хирономиды, олигохеты и моллюски. Доминантными по биомассе являются моллюски.
Изучение структуры баланса карбонатного материала показывает, что приходная его часть складывается из нескольких составляющих: жидкого стока р. Дон и малых рек — 331 тыс. т/год; твердого стока, формирующегося за счет поставок
228
БЕССОНОВ и др.
рек — 67 тыс. т/год, эоловой компоненты — 16 тыс. т/год и, наконец, абразионной составляющей — 533 тыс. т/год. В сумме она составляет 947 тыс. т/год, из которых 35% приходится на жидкий сток и 65% на твердый.
В вещественном отношении наибольший интерес представляет карбонатный материал, поставляемый в водохранилище с абразионным стоком.
В геологическом строении берегов водохранилища принимают участие породы мелового, палеогенового, неогенового и четвертичного возраста [Геология СССР, 1970].
Наиболее древние меловые образования наблюдаются в виде небольшой по протяженности непрерывной полосы выходов от г. Калача-на-Дону до х. Суворовский, а также от г. Цимлянска до п. Хорошевская. Отложения представлены всеми ярусами и сложены песчаниками, алевролитами, известняками, опоками. В геологических разрезах наибольшей карбонатностью отличаются турон-коньякские фитопланктоногенные известняки, состоящие на 90—98% из карбоната кальция. В известняках хорошо диагносцируются кокколитофориды (34—51%), фораминиферы (9.5—20%), фрагменты призматического слоя моллюсков (1—7%) и трудноопределимые формы (1%), включая порошковатый кальцит (33%) [Морозов, 1962].
Палеогеновые отложения зафиксированы на правобережье Калачского, Чирского и Припло-тинного участков водохранилища. Они объединяют маломощные мелоподобные кокколитовые слои верхнего эоцена [Шамрай, 1964]. Это тонкие, в основном, мягкие мелоподобные известняки. Карбонатность этих пород изменяется как по мощности горизонта, так и по их простиранию. Обычно максимальные содержания СаС03 (65— 70%) характерны для средней части пачки пород при средневзвешенном его содержании во всей пачке 51—52%. Кроме органогенного известкового материала, в значительном количестве отмечается пелитоморфный кальцит, редко присутствуют сидерит и доломит.
Породы неогенового возраста картируются в береговых уступах Чирского участка, а также вдоль русел малых рек левобережья. Для них характерно переслаивание песков с глинами, в толще которых встречаются известняки. Карбонат-ность пород варьирует от 3.5 до 45%.
Четвертичные образования наиболее широко распространены среди осадочных комплексов. Они представлены галечниками, песками, глинами и их литологическими разностями — глинами с погребенной почвой, а также суглинками. По-
следние, объединяемые общим названием "лессовидные", максимально развиты в пределах водосборной площади [Ананьев, 1964].
Минералого-петрографические исследования показали, что карбонаты в лессовидных породах представлены диагенетическими образованиями, называемыми "белоглазки". Основная масса карбонатов — это дисперсные частицы, с трудом различаемые визуально и относительно равномерно распределенные в породе [Ананьев, Коробкин, 1980]. Рыхлые стяжения "белоглазки" состоят из доломита и кальцита при резком преобладании последнего. Эти карбонаты концентрируются в основном в пылеватых (0.05—0.005 мм) фракциях, где их обычно более 80% от общего содержания в породе. Во фракции менее 0.005 мм количество карбонатов составляет всего 0.1—10.4% и сложены они кальцитом.
В лессовидных породах выделяются аллоти-генные и аутигенные карбонаты. Первые концентрируются в основном во фракции крупнее 0.05 мм. Аутигенные карбонаты составляют основную массу пород и являются сингенетичными образованиями, среди которых присутствуют привнесенные с атмосферными осадками (тонкодисперсная масса, зерна), а также сформированные в процессе выветривания алюмосиликатных минералов лессовых пород. Карбонаты сложены кальцитом.
Разнообразие условий образования аутиген-ных карбонатов в лессах порождает многообразие морфологических форм, среди которых можно выделить следующие основные типы: макрокристаллы и их обломки; тонкодисперсные, пылева-тые агрегаты; пленочные скопления на поверхности других минералов, пор, трещин; крупные образования (желваки, конкреции, прожилки).
Разрушение почв водосбора также приводит к увеличению количества карбонатов в донных отложениях. Различие типов почв правого и левого берегов водохранилища обусловило разнообразие почвенного покрова водосборной площади, но в целом почвообразующими породами являются пески, песчаники, глины, известняки, лессовидные суглинки. Наиболее широкое развитие получили темно-каштановые почвы, темно-каштановые с солонцами, черноземы, солонцы, луговые почвы. Среднее содержание карбоната кальция в почвах оценивается в 25.5%. Расчет средневзвешенного содержания карбонатов в абрадируемых породах показал, что оно близко 9.8%.
Терригенные карбонаты, поставляемые в водохранилище реками и эоловым путем, представлены главным образом тонкодисперсным материалом, зернами алевритовой и пелитовой раз-
ЛИТОЛОГО-БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ
229
мерности. Взвешенные наносы р. Дон в створе г. Калач-на-Дону содержат в среднем до 12% карбонатного материала в виде кальцитовых органических остатков и микрозернистых частиц. Для карбонатов эолового происхождения характерны пе-литоморфные, мелкозернистые разности.
Аналогичные морфологические формы карбонатного материала свойственны и твердому стоку малых рек. Следует отметить, что масса карбонатов, поступающих со стоком малых рек, в 1.7 раза превышает величину поставок р. Дон.
При расшифровке механизма трансформации карбонатов в ходе их седиментации следует учитывать три обстоятельства. Во-первых, систематическая регистрация в донных отложениях зерен хемогенного кальцита таблитчатой или неправильной формы с ясно выраженными зонами роста. Во-вторых, отсутствие стратификации в распределении ионов Ca2+ и [HCO3]- в водной толще. Наконец, в-третьих, явное снижение Mg/Ca отношения в раковинном материале моллюсков по сравнению с терригенными карбонатами, поставляемыми в водохранилище. Перечисленные факты свидетельствуют о том, что водная толща рассматриваемого водоема является пересыщенной в отношении карбонатов. В силу этого химическое растворение терригенной фракции маловероятно. Об этом же свидетельствует и отсутствие вертикальной стратификации в распределении ионов Ca2+ и [HCO3]- от поверхности ко дну. С другой стороны, снижение Mg/Ca отношений в биогенных карбо
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.