Введение

Конкреция – это твердая, компактная масса, образованная осаждением минерального цемента между частицами и встречающаяся в осадочных породах или почве. Конкреции часто имеют овальную или сферическую форму, хотя встречаются и неправильные формы. Слово «конкреция» происходит от латинского *concretio* – «уплотнение, сгущение, объединение», образованного от *con* – «вместе» и *crescere* – «расти». Конкреции формируются внутри слоев осадочных отложений, которые уже отложены. Обычно они образуются на ранних стадиях захоронения осадка, до того как основная масса осадка затвердевает в породу. Этот цементирующий состав часто делает конкрецию более твердой и устойчивой к выветриванию, чем вмещающая порода. Важно различать конкреции и конкременты (нодули). Конкреции образуются путем осаждения минералов вокруг какого-либо ядра, в то время как конкремент является телом замещения. Описания, датируемые XVIII веком, свидетельствуют о том, что конкреции издавна считались геологическими диковинами. Благодаря разнообразию необычных форм, размеров и состава, конкреции интерпретировались как яйца динозавров, окаменелости животных и растений (так называемые псевдофоссилии), внеземные обломки или артефакты, созданные человеком.

Происхождение

Подробные исследования показали, что конкреции образуются после захоронения осадочных пород, но до их полной литификации в процессе диагенеза. Обычно они формируются, когда минерал осаждается и цементирует осадок вокруг ядра, которое часто является органическим, например, лист, зуб, фрагмент раковины или окаменелость. По этой причине коллекционеры окаменелостей часто раскалывают конкреции в поисках образцов ископаемых животных и растений. Некоторые из самых необычных ядер конкреций – это военные снаряды, бомбы и осколки времён Второй мировой войны, обнаруженные внутри сидеритовых конкреций в английской прибрежной солончаке. В зависимости от условий окружающей среды в момент их образования, конкреции могут формироваться как концентрическим, так и пронизывающим ростом. При концентрическом росте конкреция увеличивается в размерах за счёт последовательного осаждения слоёв минерала вокруг центрального ядра. Этот процесс приводит к образованию приблизительно сферических конкреций, растущих со временем. В случае пронизывающего роста цементирование вмещающих осадочных пород происходит одновременно по всему объёму за счёт заполнения пор осадка осаждёнными минералами, что со временем приводит к образованию конкреции. Конкреции часто обнажаются на поверхности в результате последующей эрозии, удаляющей более слабый, нецементированный материал.

Внешний вид

Конкреции различаются по форме, твердости и размеру, варьируясь от объектов, которые можно увидеть четко только с помощью лупы, до огромных тел диаметром три метра и весом в несколько тысяч фунтов. Гигантские красные конкреции, встречающиеся в Национальном парке Теодора Рузвельта в Северной Дакоте, имеют почти [укажите диаметр] в диаметре. Сфероидальные конкреции диаметром до [укажите диаметр] были найдены в процессе разрушения формации Каср-эль-Сага в депрессии Файюм в Египте. Конкреции встречаются в самых разнообразных формах, включая сферы, диски, трубки, а также скопления, напоминающие виноград или мыльные пузыри.

Состав

Конкреции обычно состоят из минерала, присутствующего в качестве минорного компонента вмещающей породы. Например, конкреции в песчаниках или сланцах обычно формируются из карбонатного минерала, такого как кальцит; в известняках они обычно представлены аморфной или микрокристаллической формой кремнезема, такой как черт, кремень или яшма; тогда как в черных сланцах они могут состоять из пирита. Другие минералы, формирующие конкреции, включают оксиды или гидроксиды железа (такие как гётит и гематит), доломит, сидерит, анкерит, марказит, барит и гипс. Хотя конкреции часто состоят из одного преобладающего минерала, другие минералы могут присутствовать в зависимости от условий окружающей среды, в которых они образовались. Например, карбонатные конкреции, образующиеся в результате восстановления сульфатов бактериями, часто содержат небольшое количество пирита. Другие конкреции, образовавшиеся в результате микробного восстановления сульфатов, состоят из смеси кальцита, барита и пирита.

Возникновение

Конкреции встречаются в различных породах, но особенно распространены в сланцах, алевритах и песчаниках. Они часто внешне напоминают окаменелости или породы, которые выглядят чужеродными для пласта, в котором они были найдены. Иногда конкреции содержат окаменелость, либо в качестве ядра, либо как компонент, включенный в процессе их роста, но сами конкреции не являются окаменелостями. Они образуются в виде узелковых скоплений, концентрируются вдоль слоистости или выступают из разрушенных склонов обрывов. Небольшие гематитные конкреции или марсианские сферические образования были обнаружены марсоходом Opportunity в кратере Игл на Марсе.

Виды конкреции

Конкреции значительно различаются по своему составу, форме, размерам и способам образования.

Септарийские конкреции

Септарные конкреции (или септарные узелки) – это богатые карбонатом конкреции, содержащие угловатые полости или трещины (септарии; ед. число – септарий, от латинского septum "перегородка, разделяющий элемент", относящееся к трещинам или полостям, разделяющим многоугольные блоки затвердевшего материала). Септарные узлы характерно встречаются в богатых карбонатом глинистых породах. Они обычно демонстрируют внутреннюю структуру, состоящую из полиэдрических блоков (матрицы), разделенных минерально заполненными, расходящимися трещинами (септариями), которые сужаются к периферии конкреции. Расходящиеся трещины иногда пересекаются со вторым набором концентрических трещин. Матрица обычно состоит из глинистого карбоната, такого как глинистый железняк, в то время как трещины обычно заполнены кальцитом. Септарные конкреции встречаются в различных типах глинистых пород, включая лакустриновые глинистые сланцы, такие как группа Бофорта на северо-западе Мозамбика, но наиболее часто они встречаются в морских сланцах, таких как формация Стэффин на острове Скай или группа Манкос в Северной Америке. Общепринято считать, что конкреции росли постепенно изнутри наружу. Химическое и текстурное зонирование во многих конкрециях согласуется с этой концентрической моделью образования. Однако доказательства неоднозначны, и многие или большинство конкреций могли образоваться в результате повсеместного цементирования всего объема конкреции одновременно. Более спекулятивная теория предполагает, что септарии образуются в результате хрупкого разрушения, вызванного землетрясениями. Независимо от механизма образования трещин, септарии, как и сама конкреция, вероятно, формируются на относительно небольшой глубине захоронения – менее чем и, возможно, даже на глубине Геологически молодые конкреции из Errol Beds в Шотландии демонстрируют текстуру, соответствующую образованию из флокулированных осадков, содержащих органическое вещество, распад которого оставил крошечные пузырьки газа (диаметром от 30 до 35 микрон) и мыло из солей кальциевых жирных кислот. Превращение этих жирных кислот в карбонат кальция могло способствовать усадке и растрескиванию матрицы. Это соответствует глубине захоронения в , и характеризуется выделением углекислого газа, повышением щелочности и осаждением карбоната кальция. Однако есть данные, свидетельствующие о том, что образование продолжается даже в метаногенной зоне, расположенной ниже зоны восстановления сульфатов. Гораздо меньшие септарные конкреции, обнаруженные в Киммериджской глине, обнаженной в скалах вдоль побережья Уэссекса в Англии, являются более типичными примерами септарных конкреций.

Конкреции пушечных шаров

Конкреции пушечного шара – это крупные сферические конкреции, напоминающие пушечные ядра. Они встречаются вдоль реки Каннонбол в округах Мортон и Сиу штата Северная Дакота и могут достигать в диаметре. Они образовались в результате раннего цементирования песка и ила кальцитом. Подобные конкреции пушечного шара, достигающие в диаметре, обнаружены в ассоциации с выходами песчаника формации Фронтир на северо-востоке Юты и в центральном Вайоминге. Они сформировались в результате раннего цементирования песка кальцитом. Камни Моераки, валуны Уорд-Бич и валуны Куту в Новой Зеландии являются примерами септарианских конкреций, которые также относятся к конкрециям пушечного шара. Крупные сферические валуны, расположенные на берегу озера Гурон возле Кеттл-Пойнт в провинции Онтарио и известные как «котлы», являются типичными конкрециями пушечного шара. Конкреции пушечного шара также были обнаружены в Ван-Миенфьордене (Шпицберген), вблизи Хайнс-Джанкшен (Юконская территория, Канада), в Джеймсон-Ленд (Восточная Гренландия), в районе Мечевичи, Озимичи и Завидовичи (Босния и Герцеговина), на Аляске в государственном парке Капитана Кука на полуострове Кенай к северу от пляжа Кук-Инлет и на острове Кодиак к северо-востоку от пляжа Фоссил-Бич.

Конкреции гиатуса

Конкреции гиатуса характеризуются своей стратиграфической историей эксгумации, экспозиции и повторного погребения. Они встречаются в местах, где подводная эрозия концентрировала раннедиагенетические конкреции, формируя лаговые поверхности путем вымывания окружающих мелкозернистых осадочных пород. Термин "гиатус" обозначает разрыв в осадконакоплении, который позволил этой эрозии и экспозиции. Они встречаются во всей летописи окаменелостей, но наиболее распространены в периоды, когда преобладали кальцитовые морские условия, такие как ордовик, юрский и меловый периоды. Большинство из них формируется из цементированных заполнителей систем нор в силицикластических или карбонатных отложениях. Отличительной чертой гиатусных конкреций, отличающей их от других типов, является то, что они часто обрастали морскими организмами, включая бриозоев, иглокожих и трубчатых червей в палеозое, а также бриозоев, устриц и трубчатых червей в мезозое и кайнозое. Конкреции гиатуса также часто сильно прорыты червями и двустворчатыми моллюсками.

Вытянутые конкреции

Вытянутые конкреции формируются параллельно осадочным слоям и широко изучались в связи с предполагаемым влиянием направления потока грунтовых вод фреатической (насыщенной) зоны на ориентацию их оси удлинения. Помимо информации об ориентации прошлых потоков флюида в вмещающей породе, вытянутые конкреции могут дать представление о локальных тенденциях проницаемости (то есть о структуре корреляции проницаемости, вариации скорости движения грунтовых вод и типах геологических структур, влияющих на поток). Вытянутые конкреции хорошо известны в формации Кимеридж-Клей в северо-западной Европе. В обнажениях, где они получили название "доггеры", они обычно имеют диаметр всего несколько метров, но в подповерхностных условиях могут проникать на десятки метров вдоль ствола скважины. Однако, в отличие от известняковых пластов, их последовательное сопоставление даже между близко расположенными скважинами невозможно.

Мрамор моки

Мрамор Моки, также называемый шарами Моки или "Moki marbles", – это конкреции оксида железа, которые в большом количестве обнаруживаются при разрушении выходов песчаника Навахо в южно-центральной и юго-восточной части штата Юта. Эти конкреции различаются по форме: от шаров и дисков до пуговиц, шипастых шаров, цилиндров и других причудливых форм. Их размер варьируется от горошины до бейсбольного мяча. Конкреции образовались в результате осаждения железа, растворенного в грунтовых водах. Изначально железо присутствовало в виде тонкой пленки оксида железа, покрывающей песчинки в песчанике Навахо. Грунтовые воды, содержащие метан или нефть из нижележащих слоев горных пород, вступали в реакцию с оксидом железа, превращая его в растворимое восстановленное железо. При контакте железосодержащих грунтовых вод с грунтовыми водами, богатыми кислородом, восстановленное железо вновь превращалось в нерастворимый оксид железа, формируя конкреции. Не исключено, что сначала образовались конкреции сидерита, которые впоследствии окислились. Окисляющие железо бактерии могли также играть определенную роль.

Канзасский поп-рок

Канзасские поп-скалы представляют собой конкреции сульфида железа, то есть пирита и марказита, или в некоторых случаях ярозита, которые встречаются в выходах Смоки-Хилл-Члена мелового горизонта Ниобрара в округе Гоув, штат Канзас. Они обычно ассоциируются с тонкими слоями измененного вулканического пепла, называемого бентонитом, которые встречаются в мелу, составляющем Смоки-Хилл-Член. Некоторые из этих конкреций частично окружают крупные сплющенные створки иноцерамидных двустворчатых моллюсков. Эти конкреции варьируются в размерах от нескольких миллиметров до в длину и в толщину. Большинство из этих конкреций имеют форму уплощенных сфероидов. Другие "поп-скалы" – это небольшие поликубоидные пиритные конкреции диаметром до . Эти конкреции получили название "поп-скалы" из-за того, что они взрываются при бросании в огонь. Кроме того, при разрезании или ударе молотком они производят искры и запах горящей серы. Вопреки информации, опубликованной в интернете, ни одна из железосульфидных конкреций, найденных в Смоки-Хилл-Члене, не образовалась в результате замещения окаменелостей или метаморфических процессов. Фактически, метаморфические породы полностью отсутствуют в Смоки-Хилл-Члене. Вместо этого все эти железосульфидные конкреции образовались в результате осаждения сульфидов железа в аноксичной морской известковой взвеси после ее накопления и до ее литификации в мел. Железосульфидные конкреции, такие как канзасские поп-скалы, состоящие из пирита и марказита, немагнитны. С другой стороны, железосульфидные конкреции, состоящие из пирротита или смитита, или содержащие их, обладают различной степенью намагниченности. Длительный нагрев конкреции пирита или марказита приводит к превращению части минерала в пирротит, что делает конкрецию слегка магнитной.

Глинистые камни, глиняные собаки и сказочные камни

Дисковые конкреции, состоящие из карбоната кальция, часто обнаруживаются при эрозии в обнажениях перемежающихся слоев ила и глины – варвовых проледниковых озерных отложений. Например, большое количество удивительно симметричных конкреций было найдено в обнажениях четвертичных проледниковых озерных отложений вдоль русла реки Коннектикут и в ее гравийных отложениях в штатах Массачусетс и Вермонт. В зависимости от конкретного источника, эти конкреции встречаются в бесконечном разнообразии форм, включая дисковидные, серповидные, в форме часов, цилиндрические или булавовидные, ботриоидальные массы и формы, напоминающие животных. Их размер варьируется от до более чем , и они часто демонстрируют концентрические бороздки на поверхности. В долине реки Коннектикут эти конкреции часто называют "глиняными камнями", поскольку они тверже окружающей их глины. На местных кирпичных заводах их называли "глиняными собаками" либо из-за их формы, напоминающей животных, либо потому, что конкреции мешали формованию кирпичей. Подобные дисковидные карбонатные конкреции также были найдены в долине реки Харрикана в административном регионе Абитиби-Темискаминге провинции Квебек, а также в округе Эстергётланд, Швеция. В Скандинавии они известны как "марлекор" ("каменные бусины" или "сказочные камни").

Гоготы

Гоготы (геология) – это песчаные конкреции, найденные в отложениях олигоценового возраста (~30 миллионов лет) вблизи Фонтенбло, Франция. Гоготы пользовались высоким спросом на аукционах благодаря своему сходству со скульптурами.