Диагенез

Диагенез (от греч. диагенезис - перерождение) - перерождение осадков в осадочную породу. Выражается в уплотнении осадка и в преобразовании его минерального вещества. Это совокупность природных процессов преобразования рыхлых осадков на дне водных бассейнов в осадочные горные породы в условиях верхней зоны земной коры. Понятие диагенез введено в науку немецким геологом В. Гюмбелем (1888), который вкладывал в него всю совокупность изменений осадка от первоначального его вида вплоть до превращения в метаморфические горные породы. Позднее (немецким геологом Й. Вальтером, советским геологом акад. А.Е. Ферсманом и др.) понятие "диагенез" было сужено. Под диагенезом понимается только преобразование осадка в собственно осадочную породу. Более поздние превращения осадочной породы относятся к стадиям катагенеза и метагенеза. Диагенез мыслится при этом как этап физико-химического уравновешивания осадка, представляющего собой первоначально неравновесную физико-химическую систему, резко обводнённую и богатую органическим веществом как живым (бактерии), так и мёртвым. На самом раннем этапе процесса уравновешивания организмы поглощают свободный кислород иловой воды, после чего начинается редукция окислов Fe³⁺, Mn⁴⁺, V⁵⁺ и др., а также SO₄^2-. Среда из окислительной превращается в восстановительную. Имеющиеся в осадке твёрдые биогенные фазы SiO₂, СаСО₃, MgCO₃, SrCO₃ и др. веществ, длительно соприкасавшихся с ненасыщенной ими водой, постепенно растворяются до стадии полного насыщения растворов. Одновременно между катионами, находящимися в поглощённом состоянии на мицеллах глинистых минералов, и катионами иловой воды происходит обмен. Органическое вещество, разлагаясь, частично переходит в газы (CO₂, NH₃, H₂S, N₂, СН₄), воднорастворимые соединения, накапливающиеся в воде, а также в более устойчивые соединения, сохраняющиеся в твёрдой фазе осадка. В итоге этих процессов водный раствор, пропитывающий осадок, особенно глинистый, меняет свой состав. Количество сульфатов в водном растворе резко уменьшается, повышается щёлочность и происходит обогащение Fe²⁺, Mn²⁺, SiO₂ и органическим веществом. Вместо O₂ накапливаются H₂S, CH₄, CO₂, NH₃, Н₂ и др. Таким образом возникает геохимический мир, резко отличный от геохимического мира наддонной воды. Формирование специфических иловых растворов сопровождается двумя процессами. Первый заключается в обмене веществ между наддонной водой и иловым раствором. При этом исчезающие из осадка в ходе диагенеза O₂ и SO₄^2- (а вместе с сульфатным ионом также Ca²⁺ и Mg²⁺) интенсивно диффундируют в иловый раствор из наддонной воды и поглощаются илом, а газы (CО₂, NH₃ и др.), накопившиеся в илах, вместе с Fe²⁺, Mn²⁺, SiO₂Fe2+, CaCO₃ и др. компонентами медленно диффундируют в наддонную воду. Обмен веществ захватывает осадок на глубину 2 - 4 м. В результате второго процесса, протекающего только в илах, происходит осаждение из иловой воды тех комбинаций ионов, которые пересыщают её. Образуются аутигенные минералы - глауконит, фосфориты, сидерит, родохрозит, сульфиды Fe, Pb, Zn, Cu, вивианит, цеолиты и др. Различают два этапа диагенетического минералообразования: окислительный, приуроченный к самой верхней плёнке осадка, ещё содержащей свободный O₂, и восстановительный, охватывающий более глубокие слои, лишённые O₂, и характеризующийся редукционными процессами.

К главным изменениям осадков при диагенезе могут быть отнесены:

Обезвоживание и уплотнение, возникающие под давлением накопившихся новых слоев осадка.
Цементация, происходящая из-за наличия различных химических соединений, заполняющих поры и пустоты и цементирующих частицы осадка. Цементирующими веществами чаще всего являются кремнезём, оксиды железа, карбонаты и другие, что в ряде случаев находит отражение в названиях горных пород, например железистый песчаник, известковистый песчаник и т. п.
Кристаллизация и перекристаллизация, особенно проявляющиеся в мелкозернистых и иловых хемогенных и органогенных осадках, состоящих из легко растворимых минералов. Это может приводить к переходу опала в халцедон, а затем кварц. Из аморфных гелей образуются кристаллические формы глинистых и других минералов. Очень быстрая кристаллизация характерна для органической основы коралловых рифов, преобразующейся в кристаллические известняки.
Образование конкреций. В процессе диагенеза формируются различные новообразования, отличающиеся друг от друга по составу и форме нахождения. Некоторые из них бывают рассеяны по всей толще осадка, например глауконит, пирит, сидерит и другие минералы. Но часто новообразования концентрируются вокруг каких-либо центров и образуют конкреции шаровидной, почковидной, лапчатой, вытянутой формы. Размеры их от нескольких миллиметров до больших конкреционных линз, протягивающихся на несколько метров. При значительной концентрации фосфорных, железистых и других конкреций они становятся объектом промышленных разработок.

Всю совокупность сложных процессов образования осадков (седиментогенез) и осадочных горных пород (диагенез) Н.М. Страхов предложил называть литогенезом (греч. "литос" - камень), являющимся объектом изучения науки "литология".

Литература

Страхов Н.М. Диагенез осадков и его значение для осадочного рудообразования. // Изв. АН СССР. Серия геологическая, 1953, №5
Страхов Н.М. Основы теории литогенеза, 2-е изд., т. 2. // М., 1962
Волков И.И., Севастьянов В.Ф. Перерасиределение химических элементов в диагенезе осадков Чёрного моря. - В кн.: Геохимия осадочных пород и руд. М.: Наука, 1968
Короновский Н.В., Якушова А.Ф. Основы геологии: Диагенез и последиагенетические изменения осадочных пород