7 лет назад
Нету коментариев

Современные морские водоемы не однородны по своему гидрологическому режиму, фауне и осадкам, но распадаются на три группы: нормальные моря, водоемы осолоняющиеся и водоемы опресняющиеся. В высшей степени вероятно, что те же типы водоемов существовали и в прошлом. Поэтому фациальный анализ морских толщ целесообразно начать с разбора признаков современного нормального моря и механизма, вызывающего опреснение и осолонение морских водоемов.

Современные океаны и широко сообщающиеся с ними нормальные моря характеризуются прежде всего постоянной соленостью и постоянным ионным составом солей как на поверхности воды, так и в ее глубоких горизонтах вплоть до дна. Соленость эта равна 3,5% с отклонением не свыше + 0,2%, в составе же солей резко преобладают хлориды, слагающие 87% (NaCl, KC1, MgCl2); за ними следуют сульфаты (CaSO4, MgSO4) и на последнем месте—карбонаты (СаСО3). Такая изумительная нивелировка солености и ионного состава солей объясняется непрерывной циркуляцией океанической воды, вызывающей их перемешивание. В полярных широтах (на севере и юге) холодная морская вода опускается вниз и по дну течет к экватору; в экваториальных же широтах ветры сгоняют воду в противоположном направлении, и холодное полярное течение превращается в восходящее, полярные воды становятся поверхностными и текут обратно к полюсу. Северный и южный циклы замыкаются, и вода, таким образом, непрерывно перемешивается.

Другую характерную черту нормального моря составляет обилие в его воде растворенного кислорода, как на поверхности, так и у дна, и отсутствие вредных для дыхания животных H2S и NH3 при очень незначительном содержании СО2. Такой режим также является следствием оживленной циркуляции морских вод. Кислород «запасается» в воде в поверхностной 50-метровой пленке, частью за счет поглощения из атмосферы (мало), частью же за счет фотосинтетической деятельности растительных организмов (главным образом). Вместе с охлажденной водой он опускается на дно, где и поддерживает условия окислительной, кислородной среды. При этом содержание его, конечно, постепенно убывает (расходуясь на дыхание животных), почему на участках подъема донной океанической воды на глубинах от 300 до 700 м в средних и низких широтах наблюдается обычно значительное недосыщение воды кислородом (рис. 7).

Распределение кислорода в восточной половине Атлантического океана (по Ваттенбергу)

Распределение кислорода в восточной половине Атлантического океана (по Ваттенбергу)

Существенно иначе выглядит гидрологический режим у опресняющихся морских водоемов.

Все современные опресняющиеся бассейны—Балтийское, Белое, Черное, Азовское моря — представляют собой участки океана, глубоко вдающиеся в континент й сообщающиеся с главной массой океанических вод при помощи узкого пролива (так называемые внутренние моря). При этом опреснение свойственно лишь тем внутренним морям, которые находятся в условиях влажного климата, либо служат резервуаром, куда дренируются воды с громадных гумидных зон. В условиях избыточ­ного увлажнения, свойственного гумидным поясам, на площадь внутреннего моря поступает воды значительно больше, чем испаряется. Этот избыток повышает уровень внутреннего моря сравнительно с океаном, и через горловину моря из него устремляется поток воды наружу, в океан (рис. 8). Так как с этим потоком неизбежно уносится часть солей, то, естественно, длительное существование выносящего течения неизбежно приводит к опреснению водоема. Само опреснение, конечно, раньше всего начинается в поверхностных слоях, а затем опускается вниз, захватывая постепенно все более глубокие горизонты водоема. Если пролив очень мелкий, то ток воды будет все время односторонним (наружу) и сам бассейн в итоге может опресниться весьма сильно. Но при значительной глубине пролива через некоторое время, когда опреснение опустится достаточно глубоко, возникает донное противотечение из океана во внутреннее море. Причина возникновения противотечения заключается в разнице плотностей нормальной морской и опресненной воды. Когда опреснение опустится на достаточную глубину, более соленая океаническая вода потечет внутрь и между морем и океаном установится двухъярусный водообмен. По поверхности пролива стекает опресненная вода в океан, на глубине — соленая вода из океана во внутреннее море. Точно такая система характеризует, например, проливы Босфор и Дарданеллы, т. е. связывает опресненные Мраморное и Черное моря со Средиземным. Наличие донного противотечения является, конечно, тормозом к дальнейшему опреснению, которое может и вовсе приостановиться. Совершенно очевидно, что если глубина пролива будет время от времени меняться и, следовательно, донное течение то устанавливаться, то прекращаться, то и степень опресненности внутреннего моря будет также меняться в ту или иную сторону. Этот любопытнейший механизм опреснения, впервые блестяще выясненный адмиралом С. О. Ма­каровым на Босфоре, несомненно, имел в прошлом широчайшее распространение и, в частности, регулировал всю четвертичную историю Черного моря.

Схема образования опресненного и осолоненного морского водоема

Схема образования опресненного и осолоненного морского водоема

Параллельно с разгрузкой от солей в опресняющемся водоеме резко меняется весь гидрологический и гидрохимический режим, как только опреснение верхних горизонтов четко обозначится.

В водоеме устанавливается устойчивая стратификация воды: наверху располагается наиболее пресная и легкая вода, внизу — соленая и тяжелая, в промежуточном горизонте — вода с переходными свойствами. При таком строении водной массы вертикальная циркуляция воды резко ослабляется, ибо при зимнем охлаждении опресненная и недостаточно тяжелая верхняя вода не может обычно доходить до дна. Придонная зона, долго не получая свежей воды, насыщенной кислородом, постепенно лишается его и становится средой анаэробной. В ней начинается восстановление (редукция) сульфатов десульфатизирующими бактериями и образование H2S, в большей или меньшей степени накопляющегося в придонной воде. Нормальный газовый режим сменяется аномальным с двухъярусным строением: кислородной зоной наверху и бескислородной внизу.

С наибольшей отчетливостью такого рода соотношения проявляются в современном Черном море. В этом типичном опресненном глубоководном бассейне верхние 50 м слагаются водой с соленостью 1,8%, ниже соленость возрастает, доходя у дна до 2,4%. Вследствие такого, слои­стого расположения воды вертикальная циркуляция в открытых частях моря может итти лишь немногим ниже 150 м. Вся нижележащая масса воды находится в состоянии покоя и связана с верхним слоем только через посредство медленно протекающих конвекционных токов. В результате вода, начиная от глубины 150 м, заражена H2S и в весьма значительной степени: например у дна (2000 м) она содержит от 6 до 6,5 см3 H2S на литр воды. Эта восстановительная зона в Черном море охватывает, по расчетам П. Т. Данильченко и Н. И. Чигирина, приблизительно 85—S0°/0 всей массы воды, тогда как окислительная —всего 10— 15°, (рис. 9).

Схема сероводородного заражения в Черном море и в норвежских фиордах

Схема сероводородного заражения в Черном море и в норвежских фиордах

Хорошо выражено то же явление. в норвежских фиордах, где имеются глубокие рытвины с соленой водой, прикрытой слоем опресненной воды меньшего удельного веса. В Азовском море, наоборот, заражение сероводородом, хотя и встречается, но развито гораздо слабее. Так как море это крайне мелководное, то при сильном ветре все слои перемешиваются и вся толща воды обильно снабжается кислородом. Поэтому и образование сколько-нибудь устойчивого придонного сероводородного слоя невозможно. Но при тихой погоде и фактическом более или менее полном прекращении вертикальной циркуляции (особенно в июле и августе) в придонном слое воды, лежащей на расстоянии от 0,5 до 1,0 м от дна, количество кислорода может понижаться иногда до незначительных долей куб. сантиметра на литр или даже до полного отсутствия этого газа. В Мариупольской бухте летом часто образуется настоящий сероводородный слой. Аналогичное явление наблюдается и в Балтийском море, в западинах его дна.

Из сказанного видно, что развитие в большей или меньшей степени сероводородного заражения в придонной части опресняющихся внутренних морей представляет, повидимому, явление, неизбежно сопутствующее самому процессу опреснения. Но степень его выраженности стоит в зависимости не только от величины поверхностного опреснения водоема, но и от глубины и характера рельефа. Бассейны глубокие, особенно с дном, имеющим вид ям с застойной водой, особенно приспособлены к возникновению H2S у дна и вообще к аномальному газовому режиму, и последний возникает в них даже при ничтожном поверхностном опреснении. Бассейны мелководные с плоским дном, легко перемешиваемые волнением, не испытывают сероводородного заражения даже при большом опреснении или развивают H2S лишь в слабой степени и как периодическое, а не постоянное явление.

Опреснение внутреннего морского водоема со всеми сопутствующими ему особенностями возможно, по-видимому, не только при помощи описанного выше выносящего течения, но и в случае изоляции бассейна от океана, путем простого разбавления его воды атмосферной водой. Но опреснение таким путем потребует не только большего времени, но и наличия крупной котловины, которая могла бы вместить накапливающуюся массу пресной воды. Замкнутый водоем неизбежно должен разрастаться по площади и глубине (трансгрессия без тектонических погружений), и заражение H2S здесь должно быть неизбежным. Хорошего примера подобного рода бассейна в настоящее время нет; отчасти к нему приближается небольшое (всего 1 км2) озеро Могильное на острове Кильдине.

Осолонение внутренних морских водоемов, связанных с океаном, происходит в условиях, прямо противоположных опреснению, т. е. в обстановке климата аридного. Механизм самого осолонения прост. Вследствие скудости метеорных осадков на площади моря и дренируемой им территории годичное испарение превышает поступление вод с суши. Уровень водоема понижается относительно океанического, и возникает течение, направленное из океана во внутренний бассейн. Вносимые этим течением соли служат основной причиной осолонения внутреннего моря.

С достижением значительной степени осолонения, когда у дна на обоих концах соединительного протока окажется вода с заметно различной плотностью, вероятно возникновение донного противотечения, выносящего сильно осолоненную воду из внутреннего моря. В современных условиях такого рода сложная система из двух противоположно направленных потоков, располагающихся друг над другом, пока не констатирована, но принципиально не исключена, и могла иметь место в прошлом.

На газовом режиме водоема его осолонение сказывается, по-видимому, в том же направлении, как и при опреснении. Испарение воды происходит, конечно, лишь с поверхности. Сконцентрированный здесь рассол в силу своей высокой температура может долгое время удерживаться наверху, но при ночном (и особенно зимнем) охлаждении он погружается, и, таким образом, у дна постепенно скопляются массы тяжелой воды. Возникает стратификация, аналогичная той, какая свойственна бассейнам опресненным, и, следовательно, дефицит О2 у дна и появление H2S. Последнее осуществляется еще и потому, что при прогрессирующем осолонении на некотором интервале (от 5 до 10° Ве) деятельность десульфатизаторов, по А. Д. Пельш и Л. Исаченко, активизируется и поступление H2S в придонную воду возрастает. Интересно в связи с этим отметить, что в придонной воде Кара-Богаз-гола при исследовании его в 1897 г. действительно был обнаружен сероводород. Все же в силу обычной мелководности осолоняющихся водоемов и волнового перемешивания воды сероводородное заражение представляет здесь, по-видимому, более редкое и слабо выраженное явление.

Обратимся теперь к составу органического мира и к осадкам нормального моря, а также внутренних «аномальных» морей, и посмотрим, чем они характеризуются, — в частности, какие изменения во флоре, фауне и осадках происходят при осолонении и при опреснении.