Страница 17 из 47
В средние века была открыта ископаемая каменная соль, и для ее добычи устраивались соляные копи и шахты. В Германии этот промысел получил развитие уже в XII–XIII вв., в России — в XIV–XV вв., когда купцы Строгановы стали разрабатывать залежи соли в районе Солигалича. Позднее выяснилось, что некоторые минеральные соли, прежде всего калийные, могут служить прекрасным удобрением, повышающим плодородие полей. Наконец, промышленная революция в XIX в. резко расширила круг необходимых народному хозяйству химических соединений, ранее считавшихся бесполезными.
Ископаемые соли, называемые галогенными отложениями, делятся на простые, двойные и сложные. К простым относятся соединения типа галита (NaCl), сильвина (KCl) и ангидрита (CaSO4), а также водные соли: гипс (CaSO4·2Н2О), сода Na2СО3·10H2O) и мирабилит (Na2SO4·10H2O). К двойным принадлежат карналлит KCl·MgCl2·6Н2О) и лангбейнит (K2SO4·2MgSO4). Из сложных солей наиболее распространен полигалит (2CaSO4· K2SO4· MgSO4·2Н2О). Помимо хлоридов и сульфатов, в природе встречаются также хемогенные карбонаты, описанные выше. Однако они обычно не создают крупных скоплений. Каждая из перечисленных выше минеральных форм способна присутствовать в виде породы или примеси к какой-либо другой, основной соли. Широта их распространения определяется растворимостью в воде. Естественно, что более редкими являются хорошо растворимые соли, в том числе калийные, сильвин и карналлит. Чаще в осадочных разрезах встречаются гипс, ангидрит и каменная соль (галит). Калийные соли считаются ценным полезным ископаемым.
В экспериментах по испарению морской воды показано, что первыми выпадают в осадок карбонаты и сульфаты кальция. Это происходит после уменьшения объема воды почти наполовину. Следующей, когда изначальный объем раствора сокращается в 10 раз, наступает очередь галита. Дальнейшее выпаривание морской воды приводит к выпадению в осадок легкорастворимых калийных солей, а также сложных по составу соединений. В реальных природных условиях эта схема в целом выдерживается, хотя нередко галит встречается вместе с ангидритом или в примеси к нему, а в ассоциации с галитом могут находиться полигалит и мирабилит, другие соли.
Помимо морских водоемов, на континентах существует множество озер, состав воды в которых сильно отличается от типично морской. Они расположены в поясах аридного и семиаридного климата и в засушливые сезоны, по существу, заполнены рапой различной концентрации. Известны соляные озера с углекислым, сернокислым и хлоридным типами рассолов. В первом случае в них содержатся NaCl, Na2СО3, Na2SO4 и NaHCO3. В озерах сульфатного типа с сернокислыми рассолами присутствуют в растворе NaCl, MgCl2, Na2SO4, MgSO4 и CaSO4. Наконец, в водоемах хлоридного типа преобладают NaCl, MgCl2, CaCl2 и CaSO4. Для каждого из перечисленных видов соляных озер характерна своя последовательность выпадения из рапы минералов, на которую влияют температура, давление, соотношение концентраций солей в рапе и другие факторы.
Состав воды определяется тем, какие соли выносятся в соляной водоем паводковыми водами в короткие дождевые сезоны. Известны случаи, когда ветер разносил мельчайшие капельки морской воды на сотни километров от побережья. В результате на суше появлялись мелкие соленые водоемы с водой, близкой по соотношению солей к морской воде. В озерах Восточно-Африканской рифтовой зоны в воде содержится много калия, что обусловлено, по-видимому, гидротермальной деятельностью. Правда, концентрация солей здесь не очень велика и выпадения их в осадок не происходит. Однако наличие калия ускоряет диагенетические процессы в глинистых илах. В результате уже у поверхности дна в глинистых илах происходит иллитизация разбухающих фаз, главным образом смектита.
Многие прибрежные соляные водоемы питаются морскими водами, поступающими в фазы максимальных приливов или в процессе ветрового нагона. Известны случаи разгрузки у поверхности подземных соляных рассолов, возникающих вследствие растворения древних соляных пород, которые залегают на глубине нескольких сот метров. Чтобы представить себе, как образуются эвапориты (соли), надо побывать на берегах Аравийского полуострова в Красном море или в Персидском заливе, где находятся многочисленные прибрежные себхи и соляные ванны. Одна из крупных соляных ванн находится у мыса Рас-Мухаммад в Красное море. Весной она заполняется морской водой и вскоре покрывается ковром синезеленых водорослей. К июлю или августу вода в значительной степени испаряется, а соленость оставшегося рассола достигает 330·103 мг/л, что приводит к выпадению гипса. К октябрю водорослевые подушки полностью освобождаются из воды. К этому времени они уже покрыты 7-8-сантиметровым слоем каменной соли. Осадок, взятый со дна соляных ванн, сложен чередованием светлых и темных слойков: первые представлены разнокалиберными кристаллами гипса, вторые — водорослевыми отложениями карбонатного состава. Карбонаты в виде доломита и высокомагнезиального кальцита встречаются и в гипсовых прослоях. Таким образом, на дне соляных ванн биогенные осадки чередуются с хемогенными.
Себха, окружающая ванну со стороны суши, покрыта песками карбонатно-терригенного состава. В процессе испарения грунтовых вод между песчинками в порах кристаллизуются гипс, ангидрит, доломит и каменная соль. В процессе роста кристаллы солей разрушают карбонатный детрит, а затем и замещают его. Образуется пласт, почти нацело сложенный эвапоритами. За длительные промежутки времени таким образом может сформироваться мощная толща солей, которая затем переходит в ископаемое состояние. А так как береговая линия постоянно перемещается во времени, низменные участки суши, называемые платформами, покрываются на огромных пространствах каменной солью (до 100 тыс. км2). Для разрезов древних соленосных формаций характерна определенная повторяемость, т. е. чередование гипсов и ангидритов с каменной солью (или доломитов с ангидритами и галитом).
В геологической истории нашей планеты были эпохи, когда высыхали целые моря. В таких случаях в осадки переходили не только гипс, ангидрит и каменная соль, но и легкорастворимые калийные и другие соли. Наблюдать за садкой редких соляных минералов еще недавно, до постройки плотины, можно было в заливе Кара-Богаз-Гол на восточном побережье Каспийского моря, глубина которого в нашем столетии менялась от 10–12 до 5–7 м. Залив сообщался с основным водоемом через узкий пролив, откуда поступала опресненная каспийская вода. Благодаря естественному порожку и сильному испарению она быстро превращалась в рапу. Концентрация солей в ней более чем в 20 раз превышала изначальную. В зимний сезон из рапы выпадал мирабилит, который летом снова частично растворялся. В особенно засушливые периоды из рапы садилась каменная соль с примесью других, более сложных по составу минералов. Несколько мощных горизонтов солей, разделенных гипсами и глинами, было пройдено буровыми скважинами.
После строительства плотины, перекрывшей доступ в залив Кара-Богаз-Гол морской воды, он совершенно высох. На его поверхности обнажились соли. Их кристаллы вздымаются в воздух ветром и разносятся на огромные площади, засолоняя земли. Соляная залежь быстро разрушается, и добыча редких солей, столь необходимых народному хозяйству, практически прекратилась. Сейчас плотину собираются перестраивать, чтобы иметь возможность пропускать каспийскую воду в залив. Таким образом, нарушив природную систему, человек вынужден к ней же вернуться, заплатив за свое легкомыслие двойную цену.
Удивительным свойством солей является их пластичность. Благодаря ей они способны течь под большим давлением. Испытывая в недрах неравномерную нагрузку, соль начинает перетекать на те участки, где последняя меньше. Это явление, называемое галокинезом, приводит к образованию соляных штоков и диапиров, протыкающих слои более молодых осадков и даже выходящих на поверхность. В районах широкого распространения ископаемых солей и активных тектонических подвижек диапиры искажают нормальное залегание пластов. Примером может служить Прикаспийская солянокупольная область. Здесь пермская соль, залегающая на глубинах 3–5 км от поверхности, в результате неравномерного прогибания земной коры прорывает мезозойские и кайнозойские отложения, что сильно затрудняет поиски залежей нефти и газа как в надсолевой, так и в подсолевой осадочной толще.