Осадочный материал это не только обломки, остаточный продукт (элювий), но и производные химического разложения – коллоиды, истинные растворы, а также материал, слагающий коры выветривания и образующий зоны окисления рудных месторождений, в первую очередь сульфидных.

Образование осадочного материала, сам осадочный материал это – одновременно и полезные ископаемые: месторождения бокситов, каолина, никелевых, марганцевых руд, связанные с КВ; остаточные или элювиальные скопления; месторождения алмазов, золота, хромита, касситерита и др., сформировавшихся в зоне выветривания за счет разрушения материнских пород и выноса породообразующих компонентов; полиметаллические месторождения зон цементации в профиле окисления месторождений свинца, цинка, меди. Здесь же можно отметить вулканический элювий с иным комплексом полезных ископаемых. Продукты переработки вулканического элювия в пределах сольфатарно-фумарольных полей с зонами отбеливания содержат Be, As, Pb, Mo и др. элементы, в количествах превышающих кларковые. К областям развития вторичных кварцитов, которые В. Т. Фролов относит к древним вулканоэлювиальным образованиям, приурочены колчеданные месторождения.

Перенос и осаждение продуктов выветривания

Под воздействием гравитации, ветра, воды, льда, организмов продукты выветривания начинают перемещаться или, как говорят, мигрировать из возвышенных участков земной поверхности в понижения суши, озера, моря, океаны, называемые бассейнами седиментации. После накопления осадка вновь может произойти его мобилизация, вплоть до момента, когда он будет перекрыт вышележащими отложениями. Мобилизация, перенос и последующие осаждение продуктов выветривания, эрозии и денудации – это содержание процесса образования осадка или седиментогенеза. На путях переноса и в бассейнах седиментации к продуктам выветривания присоединяется вулканогенный материал и продукты жизнедеятельности.

На склонах и у подножия в виде шлейфа накапливается коллювий обрушения, осыпания, оползания, в результате передвижения переувлажненных почв, грунтов на пологих склонах образуются солифлюкционные отложения, за счет смыва дождевыми, талыми водами – делювиальные накопления (делювий). У подножий возвышенных элементов рельефа временными потоками формируются конусы выноса и образующиеся при их слиянии шлейфы пролювия. В речных руслах накапливается аллювий, дельтовые отложения – в устьях рек и завершается отложение осадков в конечных водоемах стока (озера, моря, океаны).

Процессы переноса и осаждения материала, т.е. осадконакопления, определяется физико-географическими и геологическими условиями, включающими тектонический фактор. Важное значение имеют климатические показатели, в связи с чем в литологии осадконакопление рассматривается по климатическим зонам.

В областях с гумидным климатом количество осадков преобладает над испарением. Для них характерны развитая гидрографическая сеть. Главными агентами переноса осадочного материала являются текучие воды, второстепенными – ветер, сила тяжести (гравитация), живые организмы.

Перенос материала дождевыми и талыми водами завершается накоплением делювиальных (склоновых) и пролювиальных (у подножия склонов) осадков. В условиях равнинного рельефа отлагаются в руслах рек и озерах аллювиальные и озерные осадки – отсортированные песчано-глинистые, с линзами более грубого материала, имеющие разные виды косой, горизонтальной, линзовидно-волнистой слоистости. В местностях  с расчлененным рельефом временные потоки формируют гравийно-галечниковые и песчано-глинистые осадки с диагональной корытообразной слоистостью, чередованием косых и горизонтальных серий, слоев. Отложения грязевых потоков, селей, слагаются плохо отсортированными, неотсортированными «мусорными» накоплениями.

В областях, где баланс влаги отрицательный гидрографическая сеть не имеет интенсивного развития, как в гумидных зонах, резко ослаблена деятельность текучих вод при энергичном действии ветра. В результате преобладает физическое выветривание и усиливается, значимость гравитационного фактора, ветровой эрозии, движущихся воздушных масс при транспортировке и осаждении осадочного материала. В водных бассейнах из-за действия испарительных концентраций широко проявлено хемогенное осадконакопление.

Основные виды транспортировки

Перенос и отложение осадочного материала

Речные воды  переносят обломочный материал волочением по дну, во взвешенном состоянии, а также в растворенном виде – истинные, коллоидные растворы. В зависимости от скорости течения материал может быть мелким и крупным, взвешенных частиц – больше или меньше.

Массовое перемещение продуктов разложения материнских пород сопровождается формированием определенного рельефа поверхности отложившегося на дне материала. При этом образуются ассиметричные гряды: склон по направлению течения более крутой, нежели против течении. Высота гряд различна и отражает скорость потока и величину обломков. В горных реках с большими скоростями течения (до 5-8 м/с) она может составлять 2-4 м, в равнинных (1,6 м/с) – 0,3-1 м. русловые отложения обычно имеют косую слоистость.

В процессе перекатывания по дну обломки подвергаются скатыванию, приобретая округлую форму. От верховий к устью меняется размер частиц, уменьшается роль грубообломочных компонентов. В горных реках широко развиты галечниковые, гравийные отложения, в равнинных – песчаные, алевритовые, глинистые.

При впадении реки в море формируются дельты, охватывающие значительные пространства в условиях пологого побережья.

Количественно транспортирующая деятельность рек оценивается модулем твердого стока. Это величина годового стока, т.е. общей массы обломков, механических взвесей, выносимых реками в моря, океаны, в тоннах с 1 км² водосборной площади.

Транспортировка и осаждение обломочного материала в водных бассейнах

Часть осадочного материала, не осевшего на путях переноса, а также растворенные в воде вещества, поступают в морские, океанические и озерные бассейны.

Перенос материала в водных бассейнах происходит под  действием течения и волнения. Причины возникновения течений и их типы различны. Выделяют дрейфовые, пассатные, конвекционные, приливно-отливные, компенсационные, прибрежные, штормовые, мутевые течения, подразделяющиеся на крупные группы – глубинные и донные.

Дрейфовые течения, морские, океанические, возникают из-за разности в плотности воды, действия ветра и зависят от очертания берегов, рельефа морского дна. Это крупные, прослеживающиеся на значительные расстояния перемещения водных масс. Известное теплое течение Гольфстрим в Атлантическом океане имеет 76 км в ширину, скорость 9 км/час. Является транзитным течением, пересекающим Атлантику на значительном протяжении. Начинаясь у берегов Флориды, оно прослеживается вплоть до северного побережья Норвегии.

Конвекционные течения возникают из-за сезонных изменений температуры, перемешивают океаническую воду, меняя газовый режим. Компенсационные течения порождаются изза различий в плотности воды и уровней вод в сообщающихся бассейнах (течение между Черным и Средиземным морями). Приливно-отливные течения провоцируются космическими факторами, являются постоянно действующими, влияющими на седиментацию. Береговые течения возникают в узкой мелководной прибрежной полосе. Воды этих течений в условиях действия постоянных ветров перемещают значительные массы обломочного материала. Скорость морских течений соизмерима со скоростью равнинных и некоторых горных рек (0,01-2 м/с) и даже больше (мутевые).

Течения вовлекают в круговорот огромные массы океанической и морской воды, влияют на биологическую жизнь, переносят значительное количество обломочного и растворенного материала. Наиболее интенсивно они проявляются в краевых частях морских бассейнов (область береговых и циркулярных течений). Работа волн сочетается с деятельностью ветра, из-за чего возникают знаки ряби. Глубина действия ветровой волны 200 м для океана, порядка 3 м на о. Балхаш. Наиболее заметно действие волн в прибрежной зоне. Волна набегает на берег под определенным углом, переносит обломочные и взвешенные частицы, затем откатываются под другим углом. В результате обломки переносятся вдоль берега, образуя на затишных участках скопления – косы, стрелки. В прибрежной полосе под действием волн накапливаются пляжные пески.

Основные факторы, механизм переноса и осаждения обломочных частиц

Основными факторами переноса и осаждения обломочных частиц является движение жидкости и скорость осаждения. Причем скорость осаждения частиц влияет на многие следствия транспортировки. Существуют физические законы, определяющие осаждение окатанных сферических частиц. Это закон Стокса и закон толчка.

Закон Стокса выводит зависимость скорости осаждения частиц данного диаметра и данной плотности от ускорения силы тяжести и от разницы между плотностью частицы и плотностью жидкости для частиц диаметром меньше 0,1 мм. Простейшая форма закона Стокса для весьма малых частиц может быть выражена формулой:

V = C₁·d²,

где V – скорость осаждения, d – диаметр частицы, а C₁ означает суммарное действие различных констант (плотности частицы и жидкости, ускорение силы тяжести, вязкость жидкости).

Закон толчка определяет величину скорости осаждения частиц диаметром от 0,1 до 1 мм и более. Если частица достаточно велика, то вязкость жидкости не оказывает на нее заметного влияния. Тогда скорость осаждения:

V = C₂·√d,

где C₂ отражает влияние тех же констант, что и в формуле закона Стокса, но без учета вязкости среды.

Для частиц диаметром 0,1-1 мм действует как закон Стокса, так и закон толчка, и скорость осаждения будет средней величиной расчета по этим законам.

Расчет скоростей (экспериментальный) показывает, что слабо текущие струи воды поддерживают во взвешенном состоянии только самые маленькие частицы. Галька диаметром 10 мм может находиться в суспензии только под действием восходящей струи, имеющей скорость не менее 90 см/сек. На скорость осаждения оказывает влияние форма обломочных частиц. Скорость осаждения несферических частиц меньше скорости осаждения сферических (округлых) обломков. Анизометричность частиц воздействует на скорость их осаждения прямо пропорционально.

Выводы из рассмотренных выше законов определяют основные закономерности такой важной составляющей седиментогенеза, как накопление осадочного материала:

• на скорость осаждения глинистых и алевритовых частиц влияет вязкость среды; крупные частицы осаждаются вне зависимости от этого показателя;
• скорости осаждения как мелких, так и крупных частиц зависят от плотности, окатанности и диаметром.

Действие этих законов при переносе и отложении обломочной массы определяет дифференциацию материала осадков на путях переноса. Глинистые частицы (диаметр менее 0,01 мм) могут уноситься далеко от области сноса, так как они способны оставаться во взвешенном состоянии в спокойно текущих равнинных реках. Крупные частицы осаждаются на коротких расстояниях почти сразу же. Различие в скоростях переноса сказывается на особенностях сортировки материала по величине зерен по направлению от источника.

Но при решении вопросов осадконакопления следует учитывать не только законы осаждения, но и законы движения жидкостей. Потоки жидкости по особенностям движения подразделяются на два основных вида: ламинарные и турбулентные. Ламинарный поток характеризуется медленным движением жидкости, при котором каждая ее струя течет плавно, параллельно другим струям и сохраняет свою индивидуальность. Ламинарный поток спокойно обходит препятствия, не создавая водоворотов. Турбулентный поток представляет собой течение с действием вихревых движений (беспорядочные флуктуации), направленных поперек потока и возникающих при появлении препятствий. В турбулентном потоке взвешенная частица беспрерывно колеблется верх, вниз, в стороны. В ламинарном потоке она движется спокойно. Турбулентность развивается в случае, когда скорость движения жидкости превышает силы ее вязкости. Ламинарный поток формируется при относительно небольших скоростях перемещения.

Существуют определенные физические показатели, обуславливающие движение и осаждение обломочных частиц. Движение частиц начинается тогда, когда сила действия движущейся жидкости превышает гравитационные силы (т.е. тяжесть частицы) и силы сцепления. После начала движения частицы последующее ее поведение становится функцией скорости осаждения, которая как мы рассмотрели, подчиняется закону Стокса и закону толчка.

Основными видами движения частиц в водных потоках являются волочение по дну, перенос скачками, перенос в состоянии суспензии. Причем перенос скачками по сути промежуточное звено между волочением и переносом в форме суспензии. Волочению подвергаются только крупные частицы. Частицы недостаточно крупные в какой то момент могут быть оторваны от дна, перейти во взвешенное состояние и затем опять осесть на дно. Способы перемещения связаны со скоростью потока, степенью турбулентности, с соотношением удельного веса жидкости и диаметром частицы.

В литологии есть понятие «избирательный перенос». Он зависит от ряда факторов. Тяжелые минералы осаждаются быстрее, чем легкие, окатанные частицы – быстрее, чем угловатые, при волочении по дну окатанные частицы катятся быстрее и обгоняют неокатанные. В результате осуществляется сортировка и смешение материала. При переносе происходит сталкивание частиц друг с другом, они отбиваются, истираются, окатываются, т.е. действует механизм абразии.

Макрохарактеристика некоторых способов переноса и осаждения

Большое количество обломочного материала перемещается периодическими приливно-отливными течениями, которые возникают за счет притяжения водной массы гидросферы Луной и Солнцем. Вдали от берега скорость прилива и отлива составляет 25 м/с, возрастая на мелководье, с приближением к береговой линии до 500-700 см/с. При этом размываются берега и происходит перераспределение материала, ранее привнесенного в морской бассейн.

Есть еще один своеобразный способ перемещения материала в крупных морских и особенно океанических бассейнах. Это образование турбидитных и мутевых потоков. Они создаются вблизи участков погружения морского дна и связаны с местным взмучиваем осадков в результате землетрясения или подводного обвала. Уклон склона, по которому происходит обвал, от 2-3⁰ и более. В результате возникает облако взмученного материала, оно скатывается по склону, захватывая новые порции осадка, в том числе глинистого. Турбидитный поток останавливается по мере выполаживания склона. Осадки, образованные такими потоками, называются турбидитами. Для турбидитов характерна градационная слоистость, выраженная постепенным уменьшением размера частиц от подошвы к кровле, при мощности слоев от нескольких сантиметров до десятков сантиметров.

До сих пор мы рассматривали, в основном, перенос осадочного материала в виде разновеликих обломков. Переносимые в воде обломочные продукты выветривания образуют в воде грубую механическую взвесь. Необломочные компоненты осадков переносятся в виде истинных и коллоидных растворов. Между коллоидным раствором и грубой механической взвесью существует переходная разность – тонкие взвеси – суспензии. Это своего рода дисперсные системы, в которых размер частиц более 0,1 микрона до десятых долей миллиметра. Осаждение вещества из раствора происходит под влиянием химических и биологических факторов при изменении физико-химических и биологических условий среды. В результате образуются породы хемогенного и биогенного происхождения.

Общие закономерности осаждения продуктов выветривания

Выпадение кластогенных продуктов механического дробления пород вызывается действием силы тяжести. Это происходит тогда, когда динамическая энергия флюида – носителя, воды или ветра, становится недостаточной для перемещения обломков или частиц данного размера.

Частичное осаждение с участием механических, химических, биологических процессов наблюдается еще в зоне выветривания. Образуется элювий, осыпи на склонах, конусы выноса, предгорные шлейфы, затем аллювиальные пески, песчано-глинистые, алевритовые накопления рек и, наконец, осадочные толщи конечных водоемов стока.

Осадконакопление сопровождается сортировкой и смешением обломочного материала, его дифференциацией по размеру частиц и их удельному весу с размещением более грубых обломков ближе к источнику сноса.

Продукты выветривания, способные образовать суспензии, коллоидные системы, истинные растворы, осаждаются в соответствии с изменением физико-химических условий. Осаждение коллоидных частиц является результатом коагуляции, причем они способны перемещаться в зоне осадкообразования значительно дальше, чем грубые механические взвеси. Осаждение ионно-растворенного вещества определяется достижением предела насыщения. Величина концентрации раствора, необходимого для отложения данного компонента, у разных соединений.