Роль диатомей в процессе осадкообразования в морях и континентальных водоемах

SiO2 при температуре 10-20 град.С и рН 6-8 обладает растворимостью 100-120 мг/л; эта величина практически постоянна как в дистиллированной воде, так и в соленом растворе, отвечающем по составу морской воде. Установлено, что до стадии насыщения, т.е. до содержания 100-120 мг/л, кремнезем находится в виде истинного, молекулярного раствора.
Поскольку в современных речных водах содержание SiO2 находится на уровне 10 - 20 мг/л, а в морских - 0.5 - 2(3) мг/л, следует считать твердо установленным, что кремнезем в современных поверхностных водах повсеместно присутствует в форме резко ненасыщенного раствора. Стало быть, химическая садка его запрещена и возможно лишь биогенное извлечение из раствора.
Этот вывод полностью согласуется с формами нахождения кремнезема в современных морских и озерных отложениях. Он присутствует в них только в биогенной форме – створок диатомей, радиолярий и спикул губок, в небольших количествах силикофлагеллят.
В морских водоемах кремнистые осадки накапливаются не только за счет диатомей, но и также радиолярий и других кремнистых организмов, тогда как в континентальных водоемах единственными организмами, поставляющими кремнезем в осадки, являются диатомеи.
В современных классических диатомовых илах, образующихся в морях субантарктической зоны, содержится от 50 до 200 млн панцирей в 1 г.

Условия образования диатомовых илов
Диатомовые илы образуются в тех районах, где темпы и количество поступающих на дно панцирей диатомей выше темпов поступления другого осадочного материала, как терригенного, так и органогенного.
Развитие диатомей лимитируется количеством биогенных элементов в зоне фотосинтеза, степенью освещения. Распределение биогенных элементов и кремнекислоты далеко не равномерно в различных зонах Мирового океана, так же как и в поверхностных водах. Слабое освещение зимой лимитирует развитие диатомей в высоких широтах. В тропических районах, за исключением экваториальной зоны, основным лимитирующем фактором является недостаток питательных солей.
Диатомеям необходимый запас минеральных солей в том числе кремнезема, который идет на построение их панциря и для биологических функций, поступает из глубинных горизонтов морей и океанов за счет дивергенций, циклонических круговоротов, сезонного перемешивания и др.
В мелких континентальных водоемах необходимые питательные соли поступают с речными стоками и со дна в результате перемешивания.
Сохранность диатомей
Состав видов диатомей в поверхностных водах, т.е. в биоценозах, и в донных осадках того же района не идентичен.
Среди морских диатомей лучшей сохранностью обладают виды океанические.

Кольбе (Kolbe, 1954) ввел понятие о танатозенозах для комплексов диатомей в осадках, имея возможность сопоставить видовой состав диатомей в планктоне и в поверхностном слое осадка Тихого океана. По заключению Кольбе, танатоценоз диатомей образуется, прежде всего, в зависимости от их биоценоза, т.е. видового состава и количественного распределения в планктоне. Последующие изменения зависят от различной сохраняемости видов, их растворимости за время прохождения толщи вод (первичное растворение) и затем в осадках (вторичное растворение).
Растворение панцирей отдельных диатомей, наступает после того, как клетка отмирает и начинает опускаться на дно водоема. Выборочная сохраняемость панцирей является основным фактором, который определяет состав диатомей в осадках. В итоге комплекс ископаемых диатомей образуется из наиболее стойких и противостоящих растворению видов. Наиболее активно процесс растворения происходит в толще вод вслед за окончанием вегетации. Попадая в осадок, диатомеи имеют шанс сохраниться неопределенно долгое время.

Соотношение океанических диатомей в биоценозах и танатоценозах показывает, что максимально сохраняется до 55-60% видов, причем в высоких широтах сохранность выше, чем в низких. Присущая океаническим видам круглогодичная вегетация благоприятствует их массовому накоплению в осадках
Неритические виды, жизненный цикл которых проходит в прибрежных водах, в целом хуже сохраняются, чем океанические. Причина этого заключается в относительно слабом окремнении панцирей неритических диатомей.
В озерных осадках сохраняется до 90% видов, вегетирующих в поверхностных водах.
Лучшей сохраняемостью отличаются те виды диатомей, панцирь которых содержит большее количество кремнезема.
Согласно А.П.Виноградова (1935), содержание кремнезема в панцирях колеблется от 10 до 80% (на сухой вес).
Некоторые диатомеи при повышении рН среды (увеличение щелочности) и повышении температуры почти нацело растворяются в осадке, в то время как другие остаются целыми без малейших следов растворения.
Сохраняемость диатомей зависит преимущественно от структуры и толщины стенки панциря, сохраняющих его от растворения в первый момент, который наступает вслед за отмиранием клетки.

Терригенное и органогенное разбавление
Диатомовые осадки не образуются в тех районах, где имеется значительное разбавление терригенным и органогенным разбавлением.
Это происходит, когда темпы поступления диатомей в осадки ниже темпов поступления терригенного, а иногда органогенного материала.
В условиях бурной приливно-отливной деятельности диатомеи из осадка вымываются.
Типичные диатомовые илы образуются вдали от терригенного вноса
В Антарктике широкая полоса диатомовых илов приурочена к открытым районам океана (глубже 4000 м) к северу от зоны антарктической дивергенции, где слабо выражено не только терригенное, но и органогенное разбавление.
Отсутствие органогенного разбавления (фораминиферами, радиоляриями) приводит в итоге к максимально высокому содержанию диатомей, известному для морских диатомовых илов: до 200 млн клеток в 1 г осадка.
В экваториальной зоне Мирового океана при относительно обильном развитии диатомей в эуфотическом слое типичные диатомовые илы не образуются, так как соотношение поступающих на дно фораминифер и диатомей для образования диатомовых илов не благоприятно.

Диатомовые илы в океанах и морях
В современном Мировом океане диатомовые осадки различного типа накапливаются в трех климатических зонах: бореальной, экваториальной и приантарктической. Более 2/3 кремнезема, который сейчас накапливается в Мировом океане, приходится на приантарктическую зону, где формируется южный пояс типичных диатомовых илов. Бореальный пояс диатомового кремненакопления располагается к северу от 40 град. с.ш., в Охотском и Беринговом морях и Тихом океане. В осадках экваториального пояса содержание диатомей ниже, чем в бореальном и приантарктическом поясах, диатомеи разбавляются здесь карбонатным материалом, а ниже критической глубины – органогенным кремнеземом (радиолярии).
В Тихом океане диатомовые илы занимают значительные районы вдоль северно-западных окраин.
У северо-восточных берегов океана диатомовые осадки занимают сравнительно узкие зоны. Содержание диатомей в этих зонах могло быть и выше, если бы не разбавление фораминиферами на глубинах выше критических.
Между 40 и 10-15 град. с.ш. диатомовые осадки не образуются вследствие бедности диатомей в планктоне тропических районов.
К югу от экваториальной зоны (5-7 град. ю.ш.) диатомовые илы отсутствуют. Исключение составляют лишь прибрежные районы Чили и Перу, где в результате холодного перуанского течения и интенсивного перемешивания вод создаются условия для богатого развития диатомей.

Содержание диатомей в поверхностном слое осадков Тихого океана Жузе и др., 1969)
1 – диатомеи не встречены,
2 – 0,04 - 5,
3 – 5 - 25,
4 – 25 – 50,
5 – 50 – 100,
6 – больше 1000 млн створок,
7 – этмодискусовый ил;
8 – осадки неогенового возраста;
9 – исследованные станции.

Содержание диатомей в поверхностном слое осадков Индийского океана (Козлова, 1969)
1 – диатомеи не встречены,
2 – 0,1 - 1,
3 – 1 - 5,
4 – 5 – 15,
5 – 15 – 45,
6 – 45 - 100
7 – больше 100 млн створок,
8 – исследованные станции.

К югу от зоны антарктической конвергенции (60 град. ю.ш.) располагается пояс классических диатомовых илов, его ширина около 1000 км. Содержание диатомей в 1 г осадка колеблется от 40 до 220 млн панцирей, в среднем 100-120 млн. В их образовании основную роль играют океанические виды, а также широконеретические.
В Индийском океане пояс диатомовых илов сдвинут к северу почти на 10град.С соответственно положению зоны антарктической конвергенции, ширина его около 2000 км. В экваториальной зоне Индийского океана чистые диатомовые осадки, за исключением этмодискусовых илов, отсутствуют. Здесь образуются диатомово-радиоляриевые илы (сходно с Тихим океаном) с содержанием диатомей около 12 млн панцирей в 1 г. В карбонатных илах той же зоны количество диатомей на навеску в 1 г снижается до 1-1,5 млн панцирей.
Полной картины по распределению диатомовых осадков в Атлантическом океане в настоящее время у нас нет. Известно, что пояс диатомовых илов в субантарктике по ширине приближается к индоокеанскому. В приэкваториальных осадках образуются диатомово-радиоляриевые илы со значительным участием карбонатного материала. Типичные диатомовые илы образуются на шельфе юго-западной Африки, где условия для этого процесса еще более благоприятны, чем на перуанско-чилийском. Диатомовые илы у берегов юго-западной Африки на 65% состоят из панцирей диатомей.

В наших внутренних морях типичные диатомовые илы не образуются. В Каспийском море, судя по распределению SiO2 аморф., слабо кремнистые диатомовые осадки формируются локально в средних и южных районах, в частности осадки, обогащенные SiO2 аморф., приурочены к глубинам 200-400 м в районе восточного побережья Среднего Каспия. В поверхностных водах этого района происходит обильное развитие диатомей в результате подъема глубинных вод. Самое высокое содержание SiO2 аморф. зарегистрировано в осадках примангышлакского мелководья, и несколько меньше диатомей в глубоководной части Среднего Каспия.
В Аральском море максимальное количество диатомей находится в осадках западной глубоководной зоны, а также узкой полосе, примыкающей к о.Возрождения с востока.
В северо-западном районе Черного моря в поверхностном слое осадков известны слабо кремнистые диатомовые илы. По подсчетам В.В.Мухиной, численность диатомей в среднем достигает 50 млн панцирей в 1 г. В тех же районах в голоцене образовывались типичные диатомовые илы. До 200-250 млн панцирей содержится в 1 г древнечерноморских осадков, которые накапливались в эпоху послеледникового температурного оптимума.
В Балтийском и Белом морях, где темпы терригенного разбавления очень высоки, диатомовые илы не образуются.

Диатомовые породы морского генезиса, преимущественно третичного возраста, известны во многих областях России и за Рубежом. Диатомиты и диатомовые глины мелового возраста (кампан) узкой полосой окаймляют восточные склоны Урала (Полярного, Приполярного и Северного). Меловые диатомиты известны также на Калифорнийском побережье (маастрихт). В Гданьской бухте Польши диатомеи встречаются в отложениях спонголитов вместе с иглами губок.
Морские диатомитовые породы имеют чрезвычайно широкое распространение в России. палеогеновые диатомиты Поволжья, Западной Сибири и неогеновые диатомиты Сахалина, Камчатки, естественным продолжением которых являются диатомиты Хоккайдо и Хонсю.
На Дальнем Востоке широко распространены позднемиоценовые диатомовые породы. Пояс диатомитов окаймляет на значительном протяжении западное и восточное побережья Тихого океана, однако вглубь континентов он не распространяется. Здесь встречаются диатомиты неогенового, преимущественно миоценового возраста.
Диатомовые породы плиоценового возраста не имеют широкого распространения. Они известны на западном берегу Камчатки, на о. Итуруп, в Калифорнии и на о-вах Прибылова.

Диатомовые илы в континентальных водоемах
Образование диатомовых осадков в озерах – широко распространенное явление.
Диатомовые илы образуются в тех водоемах, в которых происходит массовое развитие диатомей при слабом терригенном разбавлении. Органогенное разбавление практически не играет роли в пресных водоемах.
В озерах существует потенциально больше возможностей для накопления диатомей в осадках, чем в морях и океанах. Диатомовые илы образуются в настоящее время во многих озерах, в том числе горных, а в прошлом они являлись широко распространенным типом осадков.
Характерно, что в большинстве случаев для осадков крупных озер породообразующими среди диатомей были планктонные виды, примесь бентосных диатомей обычно незначительна. Однако в современных мелких пресноводных водоемах диатомовые осадки образуются за счет бентосных видов.
Наиболее древние пресноводные диатомиты накапливались в озерах США в среднем-позднем олигоцене. Для некоторых диатомитов Приморского края также предполагается олигоценовый возраст.

Географическое распространение современных озерных осадков диатомового типа показывает, что они образуются преимущественно к северу от 57-60 град. с.ш. Для озер бореальной области диатомовые илы – обычный тип донных осадков. Современные озерные диатомовые илы тяготеют к озерам северной Европы, Азии, Северной Америки (Канады). Диатомовые осадки образуются в озерах на северо-западе Англии (озерный край), в озерах Кольского полуострова, Карелии, Ленинградской области, в ряде озер Западной Сибири (бассейн р.Тавды), Чукотского п-ва и Аляски. Исследование толщи этих осадков показывает, что диатомовые илы накапливались в тех районах в течение голоцена с максимумом в эпоху послеледникового термического оптимума. При анализе имеющегося материала можно убедиться, что современные диатомовые илы образуются в областях, находящихся ранее под покровным оледенением. Они образуются в многочисленных озерных котловинах, выпаханных ледником, в районах распространения кристаллических пород.