Грунт - Физико-географическая характеристика Мирового океана - Биогеография бентали Мирового океана

С точки зрения бентоса, все грунты можно подразделить на две большие группы: твёрдые (или жёсткие) и рыхлые. К первой относят грунты, которые организмы бентоса используют как место прикрепления или для устройства постоянных убежищ:      скалы, крупные валуны и т. п. С точки зрения биоты, с ними сходны по свойствам объекты, созданные человеком: молы, причалы, сваи, буи, нефтяные платформы, корабли, в том числе затопленные и т. п. Ко второй группе — в той или иной степени подвижные грунты, в которых передвигаются животные: песок, ил, глина (пелиты, алевриты). Грунты второй группы также часто называют мягкими, по-видимому, из-за прямого перевода с английского, где они называют soft. Лучше всё же именовать их рыхлыми, поскольку подобное название указывает на более значимое для биоты качество.

Механизм образования осадков — седиментогенез — зависит от многих параметров. В процессах осадконакопления велика роль биосферы. Прямые подсчеты среднего состава донных осадков, основанные на анализах проб (более 3,5 тысяч) поверхностного слоя осадков океана, позволяют оценить суммарный вклад биогенных компонентов CaCO₃, SiO₂ (аморфный) и самого органического вещества как примерно половину, остальное имеет терригенное (от терра — Земля, т. е. снесённые с суши) происхождение. Подсчёт площадей, занятых современными биогенными осадками (содержащими более 50% биогенных компонентов), также даёт 50% (Лисицын, 1983а, 1991).

По современным оценкам, биота Мирового океана профильтровывает объём воды, равный всей воде на Земле, за полгода. Естественно, что в одних местах интенсивность фильтрации высока, а в других — мала. Наиболее активна фильтрация планктоном и бентосом на шельфе.

Оценка роли планктона и бентоса в общем процессе биофильтрации в настоящее время затруднительна. Что касается планктона, то прямые исследования осадочного вещества показали, что более 90% органического вещества планктонного происхождения поступает на дно в виде пелетт. Таким образом биота существенно снижает мутность воды, поэтому содержание взвеси в воде океанов мало по сравнению с водами рек.

Размер частиц грунта тесно связан со скоростью придонного течения. Для каждого размера частиц имеются свои скорости, при которых происходит отложение и размыв (Шуляк, 1971). Эти скорости существенно различны. При постоянной скорости движущейся воды состав грунта со временем станет соответствующим этим скоростям (Табл. 5.1). Степень такого соответствия называется сортированностью. Хорошо сортированные грунты соответствуют теоретическим ожиданиям, плохо сортированные — нет. В реальности механический состав грунта никогда не соответствует теоретически ожидаемому по скорости придонных течений, поскольку многие факторы препятствуют сортировке грунта, влияя на его гранулометрический состав. Из них основные:

— Реальные течения существенно отличаются от ламинарного потока с постоянной скоростью, для которого производили теоретические вычисления.

— Организмы в процессе своей жизнедеятельности выделяют фекалии и псевдофекалии, которые входят в состав грунта, делая его более мелкозернистым.

— Лёд переносит вмерзшие в него крупные частицы, которые после таяния падают на дно. Примесь крупных частиц особенно заметна в районах современного или четвертичного оледенения.

— При увеличении скорости течение начинает размывать осадок, отложенный ранее. В таких местах гранулометрический состав определяет не современная гидродинамика, а прошлая.

— Кроме течений, на крутых склонах и в прилежащих к ним районах гранулометрический состав определяют и процессы гравитационного переноса: мутьевые потоки, оползни, обвалы и т. п., переносящие всё что угодно. Результатом их деятельности являются подводные каньоны — структуры, аналогичные оврагам на суше, — заканчивающиеся конусами выноса. Грунты, образованные в результате процессов гравитационного переноса, естественно, плохо сортированы.

— Пелагические организмы после смерти падают на дно. В результате образуются биогенные пелагические грунты, свойственные районам, удалённым от берегов. Если у отмерших организмов был скелет, то он также падает на дно. Эти скелеты бывают или известковыми (образуют глобигериновые и птероподовые илы), или кремниевыми (образуют диатомовые и радиоляриевые илы). Грунты с карбонатными скелетами покрывают дно на меньших глубинах, чем с кремниевыми скелетами, поскольку на больших глубинах (при большом давлении) карбонаты растворяются в воде. Глубина, на которой карбонаты становятся полностью растворимыми (карбонатной компенсации), варьирует от 3200 до 5400 м, в зависимости от географической широты, температуры воды и автора цифр. Раковины птеропод содержат арагонит, который растворяется в воде легче, чем кальцит*********, содержащийся в раковинах фораминифер. Растворимость карбонатов сказывается и на сохранении известковых скелетов бентоса, а также на распространении организмов с наружным известковым скелетом (преимущественно моллюсков). Во внутренних морях и высоких широтах глубина карбонатной компенсации может находиться на существенно меньших глубинах. Так, в Белом море она расположена на глубине 90—100 м (Семёнов, Замилатская, 1986; Замилатская и др., 1987). В пресных водоёмах из-за гораздо меньшей буферности пресной воды по сравнению с морской, карбонаты могут становиться растворимыми уже по всей толще водоёма. Это происходит в олиготрофных болотах, где рН имеет кислую реакцию. Естественно, что здесь полностью отсутствуют моллюски.

— Скелеты крупных донных организмов после их смерти остаются на месте, поскольку течение обычно не может их перенести, при этом возникают биогенные грунты другого типа. Наиболее распространены грунты, созданные моллюсками, преимущественно двустворчатыми — ракуша. Встречаются также грунты, созданные домиками усоногих раков рода Balanus — балянуша. Прочие биогенные грунты не имеют собственных русских названий, это грунты, состоящие из обломков кораллов, агглютинированных фораминифер (в Баренцевом море — Rhabdammina abyssorum). К этому же типу грунтов можно отнести и грунты с примесью трубок Polychaeta (хитиновых — Spiochaetopterus, известковых — Serpulidae). Особо следует отметить грунты, образованные спикулами стеклянных и кремнероговых губок. По внешнему облику такие грунты напоминают слой грубой стекловаты. Местами их толщина достигает двух метров. Такие грунты как биотоп весьма специфичны, лишь немногие виды инфауны способны населять их, а нормально развиваться, вероятно, не способен никто. В результате биомасса инфауны спикульных грунтов значительно меньше, чем на соседних участках дна.

— В районах с определённым химизмом, где придонные воды обогащены железом и марганцем, их соли выпадают в осадок, образуя железомарганцевые конкреции. Они характерны для арктического шельфа Северного Ледовитого океана и глубоководных районов. В глубоководных районах основной источник Mn — зоны спрединга.

— Существуют участки поверхности дна, образованные самими организмами бентоса: рифы и заросли макрофитов.

— Организмы, возвышающиеся над дном эффективно снижают скорость течения и способствуют отложению мелких фракций.

Наиболее интенсивно осадконакопление идёт на шельфе, поскольку основным источником осадков является суша. После того, как в палеозое на поверхности суши сформировался растительный покров, терригенный снос происходит в основном через реки. Большая часть принесённой реками взвеси (на современном этапе — 93%) задерживается в устьях рек и прилежащих районах шельфов. Далее в океан она не проникает.

Табл. 5.1. Размер частиц грунта и размерные группы бентоса.

Накопление осадков происходит неравномерно по всему шельфу и непостоянно во времени. Осадки шельфа разными способами, преимущественно (на 70%) оползнями, обвалами, грязекаменными потоками, перемещались с шельфа в места окончательного их накопления у основания материкового склона. При понижении уровня океана (в кайнозое происходило неоднократное снижение уровня до 300 м, а в плейстоцене — на 100—150 м) перенос осадков с шельфа увеличивается. Толщина этих осадков у пассивных окраин океанов может достигать 15 км и более. Крупные конусы выноса образуются у рек. Крупнейший в мире конус выноса образован Гангом и Брахмапутрой, он протягивается на 3500 км и достигает толщины 12 км (Хаин, 2001).

На разных глубинах доля осадков различных типов различна (Рис. 5.41). Обнажённые скалы часто встречаются только на малых глубинах и в районах с большим углом наклона дна (склоны материка, подводных гор и срединно-океанических хребтов). Грубые осадки характерны для шельфа, материкового склона и его подножия, где их создают или куда их перемещают придонные течения и оползни. В отдалении от берегов дно покрыто различными типами илов и глин, в зависимости от продуктивности поверхностных слоёв и глубины. Для продуктивных районов, особенно в высоких широтах, характерны фораминиферовые илы (на глубинах меньших карбонатной компенсации) или диатомовые (на глубинах больших карбонатной компенсации). Наибольшее распространение имеют глобигериновые илы, получившие своё название из-за значительной примеси планктонных известковых фораминифер, среди которых особенно массовы представители рода Globigerina. Площадь, покрываемую фораминиферовыми илами, оценивают в 130 млн. км² (для примера: площадь Евразии равна 54,3 млн. км²), диатомовыми илами — 26,5 млн. км². Фораминиферовые и диатомовые илы накапливаются со сравнительно высокой для открытого океана скоростью, до нескольких сантиметров в тысячу лет. В южной Атлантике в районах с высокой первичной продукцией образуются птероподовые илы, но они занимают небольшую площадь (1,3 млн. км²). Радиоляриевые илы образуются в районах с меньшей первичной продукцией, они занимают 10,4 млн. км². В центрах океанических круговоротов, где первичная продукция очень мала, встречаются красные глины, на 70—95% образованные из материала прилегающих аридных (степи, пустыни) зон, переносимый ветром и вулканической пылью. Скорости осадконакопления здесь (измеренные разными методами) малы, невелики (0,1—1,0 мм в тысячу лет) и толща осадков не достигает 100 м. Общепринятой классификации грунтов не существует. Первая классфикация морских осадков была предложена Murray и Renard (1891). В ее основу положены их гранулометрический состав (пески, глины), состав преобладающих остатков организмов (фораминиферовые, диатомовые, радиоляриевые ил, характеристика условий образования осадков (глубина, удаленность от берега), цвет. Позднее получила распространение динамическая классфикация, основанная на содержании в осадках пелитовой фракции (< 0,01 мм). В дальнейшем были разработаны классификации учитывающие, кроме гранулометрического состава и химический состав, происхождение и ряд других параметров. Поскольку у разных авторов представления о значимости разных логических оснований для классификации различны, единой классификации не существует. На Рис. 5.42 показано распространение различных грунтов в океане согласно классификации, принятой в Институте Океанологии РАН.

Рис. 5.41. Процент грунтов разных типов на разных глубинах. По Wright (1977) из Cage, Tyler (1991).

Рис. 5.42. Распространение главных типов современных осадков в Мировом океане. По Мурдмаа (1979).

I — обломочно-глинистые терригениые; 2 — вулканокластические и глинисто-туффитовые; 3 — известково-туффитовые; 4 — гемипелагические глины; 5 — миопелагические глины; 6 — эвпелагические и цеолитовые глины; 7 — мергельные; 8 — кремнисто-известковые; 9 — известковые планктоногенные; 10 — кремнистые;

II — кремнисто-глинистые; 12 — известковые бентогенные; 13 — обломочные терригенные (до 50% и более фракции крупнее 0,01 мм).

Цвет осадка нередко зависит от содержания кислорода в придонном слое. Если кислорода достаточно, то Fe и Mn окисляются до окисей, придавая грунту (обычно только его верхнему слою) красный или коричневый цвет. При уменьшении содержания кислорода, что, обычно бывает, если он расходуется на окисление органического вещества грунта, Fe и Mn остаются в закисной форме, придавая грунту сероватый или серовато-зелёный оттенок. При дальнейшем падении содержания кислорода, его может на хватать даже на образование закисей Fe и Mn и они образуют сульфиды, придавая грунту синий или даже чёрный оттенок.

Содержание кислорода в грунте падает с удалением от поверхности. Обычно уже на глубине нескольких сантиметров кислород отсутствует. Содержание кислорода в грунте зависит от его гранулометрического состава. Оно падает с увеличением доли мелких частиц, причём нелинейно: резко снижается, когда более 30% твёрдых частиц имеют размеры менее 200 мкм. Границу между слоями грунта с кислородом и сероводородом видно по изменению цвета: с появлением сероводорода грунт становится гораздо более тёмным, поскольку сульфиды имеют чёрный цвет.

Осадкообразование в пресных водоёмах может существенно отличаться. Здесь гораздо шире распространены грунты, образованные слабо переработанными крупными остатками растений. В болотах дно покрыто торфом. В старицах, прибрежной зоне озёр и в мелких речках дно покрыто остатками береговой растительности, причём часто эта растительность никак не связана с самими водоёмами, а просто растёт вблизи их берегов. Степень разложения остатков столь мала, что возможна видовая идентификация растений по мягким тканям.