Песок и гравий

Состав. Подводный гравий обычно состоит из обломков прочных горных пород, таких, как кварциты или кремин, которые могут переноситься на большие расстояния не разрушаясь. Иногда, однако, встречаются обломки менее устойчивых пород. Например, в гравии прибрежных районов восточной части США отмечается небольшое количество диабазов, а мористее штата Вашингтон присутствует сложный комплекс кремней, вулканических пород, песчаников и кварцевых диоритов.

Пески также состоят из устойчивых минералов, при этом доминирует обычно кварц. Однако встречаются и некварцевые песчаные залежи, примером которых являются черные вулканические песчаные пляжи Гавайских островов. Смешанные песчаные комплексы, содержащие кварц, полевой шпат и другие минералы, распространены в некоторых областях, где материнские породы представлены гранитами или другими полиминеральными породами.

Источники. Большинство залежей песка и гравия в реках и озерах являются ледниковыми или образовались за счет эрозии горных пород, расположенных поблизости. Сходным образом и на современных пляжах большая часть залежей строительных материалов образовалась в результате эрозии местных источников, например клифов. Однако некоторые пляжевые отложения включают и прибрежный материал, поступивший при направленном к берегу переносе песка и гравия волнами и течениями. Залежи строительных материалов в прибрежной зоне могут образоваться также в результате переноса материала с ближайшей суши, но многие современные залежи этого типа являются продуктами переработки реликтовых залежей, сформировавшихся в периоды низкого уровня моря.

Большая часть прибрежных залежей песка и гравия в сред них и высоких широтах, например около Северо-Западной Eвропы и Северной Америки, образовалась в результате переработки ледникового или флювиогляциального обломочного материала, отложившегося во время недавних оледенений. Когда ледниковые щиты, покрывавшие большие площади в северном полушарии, растаяли несколько тысяч лет назад, сформировался сложный плохо сортированный комплекс минералов н обломков горных пород в виде валунной глины, а у края ледников — в виде зандров, сложенных осадками ледниковых вод. Последующая переработка этого материала сначала осуществлялась в пляжевых зонах при трангрессивном подъеме уровня моря, а затем — после затопления — волнами и приливными течениями. Так образовались многие из ныне эксплуатируемых залежей строительных материалов на северных континентальных шельфах. Например, считается, что песчаные залежи на Британском континентальном шельфе образовались в основном за счет плейстоценовых отложений, Баак предположил, что песчаные залежи Северного мори являются перигляциальными отложениями или принесены Рейном в периоды низкого уровня моря. Страйд считает такое происхождение вероятным для многих залежей песка в Бристольском заливе (Ирланское море) и в северо-восточной части Кельтского моря — районах, которые в одно и то же время подвергались оледенению. Он указал, что дно Ла-Манша, напротив, не перекрывалось ледником, однако воды, образовавшиеся при таянии ледников, приносили песок в восточную часть пролива, а айсберги разносили грубообломочный материал по всей его площади.

Некоторые отложения песка и гравия смешанного состава могли образоваться за счет нескольких источников. Например, состав зерен в гравии прибрежной области штата Вашингтон подтверждает это предположение. Можно проследить путь этих зерен до полуострова Олимпия, Каскадных гор, Кордильер западной Канады н бассейна водосбора реки Колумбии. Полагают, что часть рассматриваемых отложений принесена льдом к южному побережью залива Пьюджет-Саунд, затем вынесена при образовании зандров на континентальный шельф в периоды низкого уровня моря, где подверглась переработке морскими процессами при подъеме уровня моря.

Перенос в прибрежно-морских условиях. Перенос песков и гравия на континентальном шельфе осуществляется в основном волнами и приливно-отливными течениями. О путях переноса прибрежных осадков до работ ван Вина и более поздней работы Страйда было известно мало. Эти исследователи показали, что на дне моря присутствует набор таких морфологических форм, как песчаные волны или песчаные валы, которые могут быть обусловлены процессами переноса осадочного материала, в основном приливно-отливными течениями, Страйд указал на то, что количество переносимого материала является нелинейной функцией силы течения. Следовательно, приливно-отливные течения максимальной силы представляют собой основной механизм переноса. В такой ситуации уже небольшие изменения в скорости отливных и приливных течений могут определить направление перемещения осадочного материала. Более того, там, где сила приливно-отливных течений увеличивается за счет течений, обусловленных ветром, за короткий отрезок времени могут переместиться большие количества осадочного материала. Перенос осадков на открытых континентальных шельфах достигает максимальных значений там, где высокие приливы усиливаются за счет течений, генерируемых штормами.

Страйд для определения направления перемещения песка на морском дне использовал две морфологические формы: песчаные валы и песчаные волны. Песчаные валы представлены существенно вытянутыми тонкими полосками пески с длинными осями, ориентированными по направлению наиболее сильных приливно-отливных течений (рис. 5). Морфологии их весьма изменчива. Tе, что образовались под воздействием слабых приливно-отливных течений, имеют относительно «размытые» края. Течения со скоростью около двух узлов увеличивают отношение длины валов к их ширине. Более того, в то время как некоторые валы обладают четкими очертаниями, другие распадаются на серии полос. Песчаные волны представляют собой передвигающуюся рябь с крутым «подветренным» склоном в направлении перемещения песка, которое определяется направлением наиболее сильных приливных течении (рис. 6). Их высота может достигать 20 м, расстояние между гребнями воли — примерно 1000 м, длина гребня может превышать расстояние между гребнями в 40 раз. Однако большинство песчаных воли обладает гораздо меньшим размером. Разница в скорости между максимальными отливными и приливными течениями в 0,1 узла, по-видимому, достаточна для смещения песчаных волн. Страйд предположил также, что можно установить общее направление перемещения песка на шельфе но направлению уменьшения размера зерен осадков. В подтверждение этого предположения он указал па уменьшение размера зерен вдоль четырех предполагаемых путей переноса осадочного материала на Британском континентальном шельфе (рис. 7).

Процессы концентрирования. Процессы, приводящие к формированию залежей песка и гравия, включают в себя деятельность волн, рек и приливно-отливных течений.

Речной гравий присущ рекам с быстрым течением. Обломки пород могут переноситься сильными потоками, и те из них, которые не раскалываются, с удалением от источника становятся все более окатанными. Гравий может осаждаться там, где течение ослабевает в силу тех или иных причин, например вследствие изменения градиента. В районе выхода рек на равнину могут формироваться аллювиальные конусы выноса, содержащие наиболее грубый гравий в проксимальной части и более тонкий по мере удаления от вершины конуса. Полагают, что некоторые залежи прибрежного гравия являются примером затопленных речных отложений. Реки редко приносят гравий в море, за исключением быстрых потоков, дренирующих поднятые области побережий.

Волны могут концентрировать песок или гравий в прибойной зоне, что зависит от их силы и природы материала, поставляемого к пляжу. Эрозия клифов может привести к концентрированию на пляжах грубообломочного материала, который впоследствии измельчается и окатывается волнами.

Присутствие залежей песка и гравия в прибрежной обстановке отражает энергетический уровень среды осадконакопления Например, там, где сила приливно-отливных течений достаточна для эрозии смешанных по гранулометрическому составу отложений, к примеру валунных глин или других несортированных осадков, тонкий материал может уноситься, оставляя гравий в качестве отставшего компонента. Кронен считал, что таково происхождение гравия на дне ряда участков северной части Ирландского моря. Поскольку течения в прибрежной области сами по себе редко бывают достаточно сильными для переноса материала гравийной размерности на значительное расстояние (за исключением, вероятно, периодов штормов), то многие другие залежи гравия на шельфах средних и высоких шпрот могли тоже образоваться этим путем.

Некоторые прибрежные пески по своему происхождению могут быть реликтовыми, однако многие из них находятся в динамическом равновесии с режимом преобладающих на дне течений. Присутствие песчаных волн и валов подтверждает эту точку зрения. Если пески переносятся затухающими приливными течениями, то вдоль направления последних будут отлагаться все более тонкие частицы, что приведет к хорошей сортировке отложений в целом и эффективному разделению на различные гранулометрические классы. Предполагается, что чистые хорошо сортированные пески в центре северо-восточной части Ирландского моря образовались в результате такого процесса. Приливные течения проникают в бассейн южнее острова Мэн (рис. 8), вдоль побережья Англин их сила ослабевает, и, следовательно, груз, который они могут перемещать, уменьшается. Это приводит к зональному осаждению последовательно все более тонких осадков (рис. 8), кульминацией чего является отложение глинистых илов мористее побережья Камберленда.