научная статья по теме ГИББСИТ И КАОЛИНИТ В ЗОНЕ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ПЕДОТУРБАЦИИ ЛАТЕРИТНОГО ПРОФИЛЯ: РАЗНЫЕ СУДЬБЫ (НА ПРИМЕРЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ СИБИРИ, ИНДИИ, ГВИНЕИ И БРАЗИЛИИ) Математика

Текст научной статьи на тему «ГИББСИТ И КАОЛИНИТ В ЗОНЕ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ПЕДОТУРБАЦИИ ЛАТЕРИТНОГО ПРОФИЛЯ: РАЗНЫЕ СУДЬБЫ (НА ПРИМЕРЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ СИБИРИ, ИНДИИ, ГВИНЕИ И БРАЗИЛИИ)»

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2014, том 458, № 5, с. 572-577

= ГЕОЛОГИЯ =

УДК 553.068.36+56.016.4

ГИББСИТ И КАОЛИНИТ В ЗОНЕ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ПЕДОТУРБАЦИИ ЛАТЕРИТНОГО ПРОФИЛЯ: РАЗНЫЕ СУДЬБЫ (НА ПРИМЕРЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ СИБИРИ, ИНДИИ, ГВИНЕИ И БРАЗИЛИИ)

© 2014 г. А. Д. Слукин, академик Н. С. Бортников, Е. А. Жегалло, А. П. Жухлистов, Н. М. Боева

Поступило 12.05.2014 г.

БО1: 10.7868/$086956521429026Х

Объект нашего изучения — самая верхняя часть латеритного профиля, где продукты выветривания горных пород и почвы образуют единый сложный комплекс. Исследование подобных объектов представляет исключительный интерес для познания процессов взаимодействия живой и неживой материи и проводится в рамках таких тем, как "взаимодействие глин и органического вещества", или более коротко "жизнь и камень". Огромный вклад в решение этой проблемы внес В.И. Вернадский [1—3], но интенсивные исследования во многих странах начались в 40-х годах XX в. и охватывали главным образом почвы и органическое вещество. Последнее является производным биоты, т.е. живых макроорганизмов (земляных червей, термитов, муравьев, нематодов и пр.), микроорганизмов (бактерий, микобактерий и пр.), корней растений и мертвой органической материи, или мортмассы (от обломков растений до хорошо гумифицированного вещества). Область максимального влияния биоты охватывает верхние 100 см профиля и называется зоной гомогенизации, или, что ближе к предмету данного изучения, зоной биологической педотурбации [4]. Аналогичным образом участки осадочных пород, переработанные и пропущенные через кишечник кольчатых червей и других роющих организмов, называются зонами биотурбации [5]. Поверхность латеритов скрыта под покровом трав, кустарников, деревьев и войлокоподобной пленки, сплетенной гифами грибов и корневыми волосками. В теснейшем симбиозе с ними бурно развиваются микроорганизмы, сохранившиеся в

Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии Российской Академии наук, Москва Палеонтологический институт им. А.А. Борисяка Российской Академии наук, Москва

виде обильных биоморфоз в латеритных месторождениях бокситов [6]. Наше внимание привлекли многочисленные ходы макроорганизмов, испещряющие латериты. Широко распространено мнение, что роющая фауна производит только механическое воздействие на горные породы, выражающееся в перемалывании, истирании, разделении микрочастиц [4, 7]. Результаты нашего изучения показали, что роль роющих макроорганизмов этим не ограничивается. Оказалось, что они являются участниками и мощными катализаторами биогеохимических реакций, приводящих к растворению кварца и каолинита — Л14[814010][0И8], появлению биоминеральных пленок, перекристаллизации и новообразованию гиббсита — Л1[0И]3, гёти-та — БеООИ, гематита — Бе203.

Первыми были изучены отечественные объекты: латериты Центрального месторождения Ча-добецкого поднятия, расположенного в пределах Сибирской платформы на междуречье Ангары и Подкаменной Тунгуски [8, 9]. Поднятие — брахи-антиклинальная складка с двумя выступами-ядрами: северным и южным, сложенными синийскими терригенными породами, вмещающими комплекс щелочных ультраосновных пород, кимберлитовые трубки, карбонатиты. На обоих выступах в мелу— палеогене сформировались латеритные коры выветривания мощностью до 300—600 м. Среди терри-генных пород преобладают кварц-мусковит-полевошпатовые сланцы. На них возникли латеритные профили с зонами дезинтеграции, гидрослюдяной, каолинитовой, гиббситовой. Каолинизированные сланцы достигают мощности 400 м, кверху они сменяются рыхлыми каолинит-гиббситовыми породами (20 м) и венчаются твердыми гиббситовыми бокситами (8.5 м), которые покрыты тонким слоем таежной подзолистой почвы (0.1—0.3 м). Бокситы обладают самым высоким качеством: содержание Л1203 62, 8Ю2 до 0.6 мас. %.

Рис. 1. Друзы кристаллов гиббсита в ходах червей в латеритах Сибири (СЭМ). Врезки: а — общий вид (СЭМ), б — вид частицы гиббсита и его электронограмма (ПЭМ).

Следы роющих организмов и продукты их жизнедеятельности наиболее наглядно можно продемонстрировать на примере маложелезистых, почти мономинеральных гиббситовых латеритов. На глубинах 1—8.5 м латериты подверглись меньшему их воздействию и реликтовые текстурно-структурные черты хорошо сохранились. Здесь многие кристаллы гиббситов имеют изо-метричные идиоморфные очертания. Под сканирующим электронным микроскопом (СЭМ) установлено, что матрикс латерита в зоне биологической педотурбации сложен полидисперсными обломками гиббсита с незначительной спорадической примесью каолинита, гётита, гематита, рутила. Следы роющих организмов в поперечных разрезах выглядят как округлые отверстия, уходящие в глубь породы, а в продольных разрезах — как извилистые, местами пересекающиеся каналы (рис. 1а). Следы заполнены сплошными неровными цепочками слипшихся комочков минеральной массы, прошедшей через пищеварительный тракт организмов и похожей на продукты жизнедеятельности современных дождевых червей. Диаметр их ходов составляет доли миллимет-ра—1 мм, а длина — до 5 см. Ходы червей облекаются биоминеральными пленками, в различной степени окристаллизованными и покрытыми кристаллами гиббсита. Несмотря на свою тонкость и кажущуюся хрупкость, в действительности пленки достаточно прочны и на свежей поверхности расколотого образца латерита выступают из нее "чулком". Содер-

жимое ходов, переработанное червями, можно подразделить на два типа: первый — полностью перекристаллизованное и превращенное в вытянутые вдоль всего хода непрерывные друзы кристаллов гиббсита (рис. 1); второй — частично перекристаллизованное, где сохранились остатки перемолотой минеральной массы, на поверхности которой образовались отдельные кристаллы гиббсита (рис. 2). Первый тип характеризует те ходы, где кристаллизация гиббсита достигла конечной стадии. Характерные особенности этих кристаллов — совершенство их форм, химическая чистота и примерно равные размеры. На поверхности друз хорошо видны формы кристаллов, представляющих собой комбинации толстых гексагональных, реже тригональных, табличек или коротких призм и усеченных пирамид. Скульптуры граней, особенно базопинакоидов, сложные, включающие двойниковые швы, фигуры роста и травления, штриховку. Наиболее ярко проявлены двойники по (001), (100) и другим законам. На гранях призм имеется штриховка, параллельная (001), принадлежащая полисинтетическим двойникам. На стенках ходов образовавшиеся из биопленок кристаллы гиббсита имеют более простую форму в виде толстых гексагональных табличек с двумя базопинакоидами. Грани некоторых кристаллов гиббсита покрыты рассеянными кристалликами гётита. Второй тип характеризует те ходы, в которых перекристаллизация переработанного червями матрикса не закончилась

574

СЛУКИН и др.

Рис. 2. Вид кристаллов гиббсита в ходах червей с незавершенной кристаллизацией в латеритах Сибири (СЭМ). Врезки: а — общий вид (СЭМ), б — вид частицы гиббсита и его электронограмма (ПЭМ).

вследствие прекратившихся процессов латеритизации. Несомненно, эти ходы разновременные и перекристаллизованы в разной степени. Такие ходы заполнены массой, где перемешаны нано-, микро-, макроразмерные частицы и новообразованные кристаллы гиббсита до 1—5 мкм, а на поверхности этой массы возникли разрозненные более тонкие шестигранные таблитчатые кристаллы до 10—20 мкм и их друзы. В этой массе спорадически рассеяны редкие червеобразные сростки кристаллов каолинита со следами сильнейшей коррозии и растворения.

Обнаружение описанных фактов подняло вопрос о масштабах подобных явлений, особенно в современном тропическом поясе Земли, где сохраняются все условия для латеритизации. Мы изучили обширную коллекцию образцов из бокситоносных латеритных профилей на всех основных типах горных пород Индии, Гвинеи и месторождении Посус-ди-Калдас, Бразилия. Было установлено, что зоны биологической педотурбации венчают все изученные профили.

В Индии Восточные Гаты — одна из самых продуктивных бокситоносных провинций. Они связаны с корами выветривания архейских пород — кондалитов, гнейсов, гранитов, чарнокитов. Минеральный состав наиболее распространенных материнских пород кондалитовой серии: кварц, силлиманит, полевые шпаты, гранат и примеси слюд, корунда, графита, сфена, ильменита, рутила. Латериты покрывают пологие склоны и вершины холмов с абсолютными отметками: 1103, 1242 м (Саппарла) и выше (Нилгири, Шеварой). Мощность латеритных профилей местами более

150, а мощность бокситов на месторождении Га-ликонда до 54 м. Для профилей характерны постепенные переходы свежих пород в дезинтегрированные, глинистые, бокситовые. Повсюду широко развиты аморфные вещества и пленки, из которых формируются аллофан, галлуазит, гётит, гематит. В нижних частях профилей галлуазит становится преобладающим минералом, но через короткий интервал превращается в каолинит. Ка-олинитовые зоны имеют мощности 15—100 м. Выше каолинит замещен гиббситом [10, 11]. Бокситы сохраняют реликтовые текстурно-структурные черты материнских пород, но приобрели высокую пористость (часто более 50%) за счет выноса Са, М§, К, 81 из алюмосиликатов и особенно за счет растворения кварца. Минеральный состав бокситов, мас. %: гиббсит 60—90, гематит 5—30, каолинит 1—6, рутил, анатаз, ильменит 1.5—4, кварц 0—7.

Зона биологической педотурбации местами обнажается на поверхности или скрыта под почвами. Она пронизана корневыми системами растений, мхами, лишайниками, гифами грибов в разной степени разложения и биоминерализации, а также обильными ходами роющих организмов. Их воздействию подверглись все породообразующие минералы, включая кварц. Матрикс латеритов полностью переработан и перемолот роющими организмами. Минеральное вещество, прошедшее через пищеварительный тракт червей, перекристаллизовано и превращено в протяженные друзы кристаллов гиббсита полностью или частично. Его наиболее простые формы — четко ограненные короткие призмы с продолго-

Рис. 3. Друзы кристаллов гиббсита в ходах червей в латеритах Индии (а) и Гвинеи (б) (СЭМ). Вид частицы гиббсита (в) и его электронограмма (г) (ПЭМ).

ватым базопинакоидом (рис. 3). Поверх

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком