3. Образование кремнистых сланцев

Кремнистые сланцы состоят из крайне тонкозернистого кремнезема. Отдельные кристаллы так малы, что, как правило, не видны в световой микроскоп. Поэтому раньше считалось, что бывают кристаллические и аморфные кремнистые сланцы. Позднее рентгеноструктурный анализ показал, что все кремнистые сланцы состоят из кристаллов, так что теперь их называют скрытокристаллическими.

Сейчас кремнистые сланцы формируются в глубоких океанских впадинах, на глубинах около 4 км и более. Здесь отлагаются так называемые кремнистые илы, состоящие из скелетов организмов, имеющих раковины из кремнезема. Самые обычные из них - диатомовые водоросли и радиолярии. Эти планктонные формы обитают в верхних слоях морской воды толщиной в несколько десятков метров вместе с другими планктерами, обладающими известковыми (фораминиферы) и хитиновыми панцирями или совсем лишенными твердых покровов. После смерти эти организмы медленно опускаются на дно, причем их вещество химически взаимодействует с морской водой. Карбонат кальция фораминифер и хитин других планктонных организмов растворяются лучше, чем кремнезем диатомовых водорослей и радиолярий, и на определенной глубине остается уже только кремнезем. Однако доказано, что он не находится в равновесии с составом морской воды. Следовательно, глубоководные кремнистые илы образовались из материала, созданного в верхних слоях океана и накапливающегося на дне лишь благодаря тому, что скорость осадконакопления превышает скорость растворения.

В наши дни образование кремнистых сланцев в неглубоких районах океана, в озерах и болотах незначительно. Но в фанерозое, в те периоды, когда перемещения коры ослабевали, образовывались массивные кремнистые отложения. Сейчас в известняках, относящихся к этим периодам, мы находим кремнистые желваки неправильной формы, лучше всего известные в толщах мела. Заметим, кстати, что они служили сырьем для самой древней в истории человечества отрасли промышленности - производства кремневых орудий и оружия.

В противоположность глубоководным кремнистым илам кремнезем кремнистых желваков, или просто кремней, не является первичной осадочной породой. Он образовался путем вторичной силицификации ранее существовавших известняков, в которых подверглись полному окремнению, в частности, известковые окаменелости. Раньше считалось, что эта вторичная силицификация произошла в процессе диагенеза в ходе последующей истории известняков. Но новейшие исследования показали, что такие случаи редки. Вероятно, кремнистые желваки возникли сразу же после седиментации первичного известняка, до того как отложился следующий известняковый пласт. Такое немедленное окремнение, идущее непосредственно за осадкообразованием, называется, сингенетическим.

Откуда же взялся кремнезем, заместивший углекислый кальций? Считается, что его возникновение связано с кратковременным расцветом на Земле кремнеземсодержащих организмов, например кремневых губок. В их теле имеются бесчисленные микроскопические кварцевые иглы (спикулы), придающие прочность живой ткани. После смерти животного кварцевые спикулы рассеиваются и благодаря своему размеру и форме легко растворяются в морской воде. Считается, что временный расцвет кремневых губок или других организмов с кремнеземным скелетом мог привести к такому накоплению кремния, что на дне моря образовывался гель кремневой кислоты. Затем двуокись кремния могла кристаллизоваться вокруг рассеянных в известняке центров кристаллизации, замещая постепенно молекулы карбоната [36].

Но ни кремневые конкреции, ни глубоководные кремнистые илы фанерозоя не сравнимы с кремнистыми сланцами полосчатых железорудных формаций раннего и среднего докембрия. Полосчатые железорудные формации возникли или на материках, в озерах [16], или в мелководных шельфовых морях [25], но не в глубоких океанах. Кроме того, в те далекие времена на Земле еще не было ни диатомовых водорослей, ни радиолярий, ни кремневых губок, ни других достаточно развитых выделяющих кремнезем организмов [37]. Значит, способ образования тонкослоистых кремнистых сланцев, столь типичных для раннего и среднего докембрия, отличался от способа образования фанерозойских кремнистых сланцев. Как видите, мы опять пришли к заключению, уже высказанному в предыдущей главе: все полосчатые железорудные формации, встречающиеся только в раннем и среднем докембрии, сформировались в условиях, мало напоминающих современные.

Мы не имеем представления о процессе (или процессах), в результате которого образовались древние кремнистые сланцы. Тот факт, что кремнистые сланцы фанерозоя формировались и формируются если не прямо биологическим путем, то из веществ, выделенных организмами, может вызвать у нас вопрос, не связаны ли и древние кремнистые сланцы с жизнедеятельностью каких-то организмов. Но вряд ли в те времена Земля уже была так населена, что в результате метаболизма живых существ могли образоваться огромные залежи кремнезема. Скорее всего здесь действовали какие-то неорганические реакции, прекратившиеся или резко ослабившиеся при повышении содержания кислорода в атмосфере.

Дело усложняется еще и тем, что, как мы знаем, оба типа более молодых кремнистых пород не находятся в равновесии с обычной морской водой. Глубоководные илы образуются только из-за того, что осадконакопление идет быстрее растворения, а кремневые конкреции возникали там, где в небольшом объеме временно создавался гель кремнекислоты. Как и в случае некоторых других процессов, обсуждавшихся в предыдущей главе, здесь все решает кинетика реакций, а не химическое равновесие. Возможно, так обстояло Дело и при образовании полосчатых железорудных формаций.