Стабильность минералов в процессе транспортировки

Можно предположить, что остатки, образовавшиеся в результате механического разрушения и химического разложения исходной породы, претерпевают и дальнейшее преобразование или изменение в процессе транспортировки от места их образования из исходной породы до места их окончательного отложения в осадок. Происходит не только Отделение глинистой фракции от песчаной и гравийной, но и дальнейшие модификация и фракционирование последних. Можно, например, предположить, что процессы, происходящие во время транспортировки и ведущие к окатыванию переносимых обломков, преобразуют также и их состав за счет селективной абразии (и сортировки).

К сожалению, тщательные исследования того, что действительно происходит в процессе транспортировки, проводятся исключительно редко. То, что бывают какие-то изменения состава в процессе транспортировки, кажется в высшей степени вероятным. Издавна наблюдались изменения в составе аллювиальных галечников вниз по течению потоков. В общем они показывают довольно быстрое исчезновение менее стойких компонентов (известняки, глинистые породы, рыхлые песчаники), из-за чего происходит обогащение более стабильными типами пород (кварцит, кремнистый сланец, жильный кварц). Галечники могут достичь зрелости (по составу) при относительно коротком расстоянии транспортировки.

С другой стороны, данные о селективном механическом преобразовании и уничтожении минералов в песчаной фракции представляются сомнительными. Можно предполагать, что более мягкие и склонные к раскалыванию разности будут разрушены абразией, из-за чего должно произойти обогащение более твердыми и стойкими компонентами. Что свидетельствует в пользу этого предположения?

С целью определения сопротивления минеральных зерен износу был осуществлен ряд экспериментов. Фризе определил устойчивость при транспортировке (Transportwiderstand) значительного числа минералов. Приняв за эталон кристаллический гематит (индекс 100), он выразил числовыми характеристиками сопротивление абразии каждого из исследованных им минералов (табл. 13-6). Аналогичным образом Koзенс определил степень износа наиболее распространенных минералов как функцию их твердости. По-видимому, индексы устойчивости и показатели твердости по шкале Mooca связаны очень тесной корреляцией, по крайней мере, для минералов с твердостью, меньшей, чем у кварца. Хотя точная функциональная зависимость не была выведена, она, вероятно, должна иметь вид у=(х/аn), где у — индекс устойчивости; х — твердость по шкале Мооса; а — твердость кварца (7); n — экспонента (близкая к 4). Довольно частые расхождения между рассчитанными и установленными эмпирически величинами могут быть обусловлены процессами уменьшения размера зерен, не связанными с абразией, неравномерностью шкалы Мооса и другими свойствами минералов (например, упругостью).

Тиль определял устойчивость наиболее распространенных минералов к абразии экспериментальным путем. Он расположил минералы по возрастанию их устойчивости к абразии в следующем порядке: (О апатит, (2) роговая обманка, (3) микроклин, (4) гранат, (5) турмалин, (6) кварц. В более поздней работе од добавил к этому ряду другие минералы. Несмотря на некоторые существенные отличия, этот ряд в общем согласуется с результатами, полученными Фризе (см. табл. 13-6). Устойчивость минералов к абразии изучали также Марсленд и Вудруф. Их работа была основана на действии воздушной струи и показала, что сопротивление окатыванию возрастает по мере увеличения твердости минералов: гипса, кальцита, апатита, магнетита, граната, ортоклаза, кварца.

Согласуются ли изменения, выявленные при изучении песков в процессе транспортировки, с экспериментальными данными? Рассел установил, что для крупных рек изменения минерального состава либо невелики, либо вообще не отмечаются, даже при длительной транспортировке; те же слабые изменения, которые все-таки бывают, не являются результатом дифференцированной абразии. Его наблюдения за минералогией песков р. Миссисипи между Каиром, штат Иллинойс, и Мексиканским заливом на протяжении 1771 км как будто подтверждают этот вывод, поскольку они фиксируют лишь небольшие потери полевого шпата относительно кварца и никаких сколько-нибудь заметных потерь роговой обманки, пироксена и других, относительно мягких и легко-раскалывающихся минералов. Выводы Рассела подтверждаются и результатами изучения песков Рейна. С другой стороны, наблюдения Макки и Пламли свидетельствуют о существенных потерях полевого шпата в быстрых речках, обладающих высоким базисом эрозии и несущих гравий, при относительно короткой дистанции транспортировки (рис. 13-3).

В ручьях района Блэк-Хилс резкое понижение содержания полевого. шпата вряд ли можно объяснить чем-либо иным, кроме абразии. Близость значений плотности и сходная сферичность полевого шпата и кварца исключают процесс селективной сортировки, а зернистость фракции, изучавшейся Пламли, была настолько грубой (класс 1—1,414 мм), что постепенное разбавление полевого шпата в результате поступления других минералов было невозможно. Имеются некоторые данные о том, что существенное окатывание песков, а следовательно, и существенное изменение их минералогии может быть связано с деятельностью прибоя.

Существуют хорошо документированные примеры весьма важных и значительных изменений состава песков при транспортировке их в волноприбойных зонах и реках. Можно показать, что большинство из них связано с интенсивными процессами селективной сортировки либо являются результатом разбавления за счет новых источников сноса материала. В заключение следует отметить, что тенденция к избирательным потерям при абразии реальна; в одних случаях она проявляется резко, в других — может быть затушевана изменениями состава по другим причинам. Таким образом, последовательное изменение состава вовсе не обязательно является достаточным доказательством дифференцированной абразии.