Chert

Кремень — это твёрдая мелкозернистая осадочная порода, состоящая в основном из микрокристаллического или криптокристаллического кварца — минеральной формы диоксида кремния (SiO₂). Обычно он образуется в результате биологических процессов, но может также формироваться неорганическим путём в виде химического осадка или при диагенетическом замещении, например, в окаменевшей древесине. Когда кремень встречается в меле или мергеле, его часто называют флинтом.

Порода в основном состоит из окаменевших остатков кремнистого ила — биогенного осадка, покрывающего обширные участки дна глубокого океана. Этот ил содержит кремниевые скелеты диатомей, силикофлагеллят и радиолярий. Докембрийские кремни особенно известны сохранностью ископаемых цианобактерий. Хотя кремень иногда содержит макроокаменелости, многие образцы полностью лишены ископаемых остатков.

Кремень встречается в широком диапазоне цветов — от белого до чёрного, но чаще всего он серый, коричневый, серовато-коричневый, светло-зелёный, ржаво-красный или изредка тёмно-зелёный. Его цвет отражает содержание микроэлементов в породе; красные и зелёные оттенки обычно обусловлены железом в его окисленной и восстановленной формах соответственно.

В петрологии термин «кремень» широко относится ко всем химически осаждённым осадочным породам, состоящим в основном из микрокристаллического, криптокристаллического или микроволокнистого кремнезёма. Большинство кремней почти чистый кремнезём, содержащий менее 5% других минералов — в основном кальцита, доломита, глинистых минералов, гематита и органического вещества. Однако кремни варьируются от очень чистых разновидностей с содержанием кремнезёма более 99% до загрязнённых желваковых типов с содержанием кремнезёма менее 65%. Алюминий является наиболее распространённым второстепенным элементом, за ним следуют железо и марганец, или калий, натрий и кальций. Внекристаллическая вода — крошечные водные включения внутри и вокруг зёрен кварца — составляет менее 1% большинства кремней.

Классификация Фолка делит кремень на три текстурные категории. Зернистый микрокварц состоит из примерно равноосных зёрен кварца размером от долей микрона до 20 микрон, чаще всего от 8 до 10 микрон. Халцедон — это микроволокнистая разновидность кварца, состоящая из расходящихся пучков очень тонких кристаллов длиной около 100 микрон. Мегакварц состоит из равноосных зёрен размером более 20 микрон. Большинство кремней — это микрокристаллический кварц с небольшим количеством халцедона и иногда опала, но кремни могут варьироваться от почти чистого опала до почти чистого кварца. Мало опала старше 60 миллионов лет. Опаловый кремень часто содержит видимые окаменелости диатомей, радиолярий и спикул стеклянных губок.

Кремень встречается в разнообразных обстановках, включая отложения горячих источников (кремнистый туф), полосчатые железные формации (джеспилит) и щелочные озёра. Однако большая часть кремня встречается либо в виде пластового кремня, либо в виде желвакового кремня. Пластовый кремень более распространён в докембрийских толщах, в то время как желваковый кремень стал более распространённым в фанерозое по мере уменьшения общего объёма кремня в геологической летописи. Пластовый кремень редок после раннего мезозоя. Кремень стал умеренно распространённым в девоне и карбоне, а затем снова с юры до настоящего времени.

Пластовый кремень, также называемый ленточным кремнем, залегает в виде тонкослоистых прослоев — толщиной от нескольких сантиметров до метра — почти чистого кремня, разделённых очень тонкими прослоями кремнистого сланца. Обычно он чёрного или зелёного цвета, и вся последовательность слоёв может достигать нескольких сотен метров в толщину. Сланец обычно представляет собой чёрный сланец, иногда с пиритом, что указывает на осаждение в бескислородной среде. Пластовый кремень чаще всего встречается вместе с турбидитами, глубоководными известняками, подводными вулканическими породами, офиолитами и меланжами на активных окраинах тектонических плит. Осадочные структуры редки в пластовых кремнях. Их обычно высокая чистота, как и у других химически осаждённых пород, указывает на осаждение в районах с небольшим притоком обломочных осадков, таких как речная вода, насыщенная илом и глиной. Примеси включают аутигенный пирит и гематит, образовавшиеся после осаждения, а также следы обломочных минералов.

Морская вода обычно содержит от 0,01 до 11 частей на миллион (ppm) кремнезёма, при этом типичным считается около 1 ppm. Это значительно ниже насыщения, что означает, что кремнезём обычно не может осаждаться из морской воды в результате неорганических процессов. Вместо этого живые организмы — диатомеи, радиолярии и стеклянные губки — извлекают кремнезём из морской воды, даже из очень ненасыщенной воды. По оценкам, эти организмы производят 12 кубических километров опала в год в мировом океане. Диатомеи могут удваивать свою численность восемь раз в день в идеальных условиях, хотя один раз в день более типично для обычной морской воды, и они могут извлекать кремнезём из воды с содержанием кремнезёма всего 0,1 ppm. Они защищают свои скелеты от растворения, бронируя их ионами металлов. После гибели организмов их скелеты быстро растворяются, если они не накапливаются на дне океана и не погребаются, образуя кремнистый ил, содержащий от 30% до 60% кремнезёма. Таким образом, пластовые кремни обычно состоят в основном из ископаемых остатков кремнезём-секретирующих организмов, которые обычно изменены растворением и перекристаллизацией.

Скелеты этих организмов состоят из опала-А, аморфной формы кремнезёма, лишённой дальнего кристаллического порядка. Он постепенно превращается в опал-КТ, микрокристаллическую форму, состоящую в основном из пластинчатых кристаллов кристобалита и тридимита. Большая часть опала-КТ имеет форму леписфер — скоплений пластинчатых кристаллов диаметром около 10 микрон. Затем опал-КТ превращается в микрокварц. В глубоководной океанической воде переход в опал-КТ происходит при температуре около 45 °C, в то время как переход в микрокварц происходит при более высокой температуре.