САМОРОДНЫЕ МЕТАЛЛЫ В ПЕПЛАХ ВУЛКАНОВ
Доктор геолого-минералогических наук Геннадий КАРПОВ, заместитель директора Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН (Петропавловск-Камчатский)
Вулканизм — часто неожиданное, иногда катастрофическое, во многом еще не познанное явление природы, отражающее проявление мощных физико-химических и динамических процессов в недрах Земли. С извержениями на поверхность выносится глубинное газообразное, жидкое и твердое вещество. Изучение его важно как для расширения знаний о внутренних сферах планеты, так и в практическом плане — для рудной геологии, вулканологии и многих смежных дисциплин — сейсмологии, климатологии, экологии. Несмотря на значительные объемы лавовых продуктов, изменяющих рельеф территорий и наращивающих земную кору, общепризнано, что выбрасываемые в воздух мельчайшие частицы — пеплы и аэрозоли (по оценкам, ежегодно в атмосферу поступает порядка 100 млн т вулканического пепла) — оказывают основное воздействие на атмосферу, а при наиболее мощных, катастрофических извержениях — и на климат Земли в целом. Переносимые ветром на сотни километров массы пепла представляют существенную угрозу для авиации. Они также способствуют накоплению рыхлого материала в почвах и водоемах. В этой связи немаловажное значение имеют знания о вещественном и минеральном составе пеплов, чему и посвящена настоящая статья.
Вулкан Ключевской, 14 октября 2013 г.
Фото Ю. Демянчука
Рядовые извержения сопровождаются выбросом в воздух до 5000 т мелко- и тонкодробленного вулканического материала только за одну секунду. При крупных и катастрофических событиях его объемы возрастают. Так, в кульминационный период извержения вулкана Безымянный на Камчатке 30 марта 1956 г. было выброшено около 150 млн т пепла. По данным сотрудников Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН кандидата технических наук Николая Жаринова и Юрия Демянчука, за период с 1955 по 2009 г. только от этого вулкана в атмосферу поступило 918,5 млн т пепла. При сильном взрыве на вулкане Карымский 11 мая 1963 г. эруптивное (вулканическое) облако поднялось на высоту 10 км. На прилегающей территории выпало до 150 кг/м2 смеси шлака, песка и пепла, а в районе г. Петропав-ловска-Камчатского, расположенного в 130 км к югу, был зафиксирован слой пепла толщиной до 2 мм. Мощные пепловые выбросы обычны для действующих ныне вулканов Шивелуч, Ключевской, Безымянный, Кизимен на Камчатке, Сакурадзима в Японии, Сент-Хеленс в США, Гекла и Гримсветн в Исландии, Стромболи в Италии, Попокатепетль в Мексике, Рабаул, Мерапи, Кракатау в Индонезии и др.
По мере удаления от центра эрупции изменяются многие характеристики выпавшего на землю вещества — состав и размер частиц, структура, текстура, минералогия. В первую очередь происходит сортировка материала по размеру и удельному весу зерен. Вблизи вулкана выпадает пепел крупных фракций (0,5—2 мм и более) с наиболее тяжелыми минералами, в составе которых основное место занимают зерна пироксенов, оливина, магнетита и др. На наибольшее расстояние уносится пепел мелких фракций
(0,01—0,1 мм), характерный для таких осадочных пород, как пелиты и алевриты. Преобладают в нем частички вулканического стекла угловатой, иногда остроугольной формы, а общее количество обычно не превышает 10—15% (очень редко до 30%) от массы выброса. Для пелитовой фракции характерны так называемые акцессорные минералы (т.е. содержащиеся в незначительных количествах), среди которых нередки апатит, циркон, рутил, ильменит, гематит, пирит. Особенности минерального состава и гранулометрии частиц, формирующих почвенно-пирокла-стический чехол (он представляет собой «слоеный пирог» из чередующихся горизонтов погребенных почв и пеплов) на разных расстояниях от вулканов, позволяют геологам реконструировать разрезы отложений, дешифрировать возраст извержений и т.д. В данной статье мы акцентируем внимание лишь на одном аспекте: малоизученных самородных рудных минералах пеплов разных вулканов мира.
Начнем с группы железа-платины ^е-К). Встречаются они редко и из-за малых размеров зерен их обнаружение зачастую возможно только по результатам электронно-микроскопического и микрозондового анализа. Многочисленные частички самородного железа впервые были обнаружены нами в свежеизверженных пеплах Карымского вулкана (начальная стадия извержения 1996 г.). Они имели удлиненную, иногда игольчатую форму, размер 0,02—0,06 мм, стально-серый цвет, обладали ковкостью и магнитностью. Анализ показал, что они сложены самородным низкотемпературным а-железом. Однако содержание его оказалось меньше 100%, что объясняется присутствием некоторого количества рентгеноаморфных окислов Fe. Выявлено также присутствие никеля, меди и кобальта.
Удлиненная частица самородного железа из пепла трещинного Толбачинского извержения 2012-2013 гг. и ее рентгеновский спектр.
Изометричные частицы самородного железа размером 30 х 50 мкм мы обнаружили затем в пепле того же вулкана при мощном взрыве 24 июля 2002 г. Они имели рваные края, многочисленные субпараллельные трещинки и отличались отсутствием примесей. Вообще, в пеплах Карымского вулкана частицы Fe отмечаются практически во всех сильных эксплози-ях*. Причем встречаются как зерна чистого железа, так и с примесями марганца, никеля, кобальта и меди. Единичные частицы Fe обнаружены и в пеплах вулкана Безымянный. Здесь они имеют изометрич-ную форму, размер 50 х 110 мкм, примеси кобальта, никеля, марганца, иногда без примеси и примазки стекла. Зерна железа найдены также в пеплах вулкана Шивелуч. Но особенно много частиц Fe мы обнаружили в пеплах начальной стадии трещинного Толбачинского извержения 2012—2013 гг. Для большей части его зерен характерны изометричная форма, светло-серый цвет, металлический блеск, ясно выра-
*Эксплозия — преимущественно взрывное вулканическое извержение, обычно сопровождаемое выбросами большого количества пирокластического материала, обломков лавы, пород стенок канальной части вулкана и газообразных веществ (прим. ред.).
12 3 4 Ълнан вКат 906 имп. Курсор 10.ЮЭ (Эимп.) 5 В 7 0 9 10 1 кэВ
1 г з 4
ГЪ^ая цд&па 645 имп. Курсор: 11.050 П
11
кэВ
Копьевидная частица самородного железа из пепла вулкана Эйяфьятлайокюдль и ее рентгеновский спектр.
женная магнитность. Под электронным микроскопом они выглядят как однородные удлиненные частицы белого цвета, размером 75 х 300 мкм, с заметными трещинками вдоль удлинения. Обычно содержат незначительные примеси марганца. Изредка встречаются довольно крупные (до 500 мкм) изо-метричные, каплеобразные зерна самородного Fe.
Угловатую форму имеют частички самородного железа в пеплах американского вулкана Сент-Хеленс (извержение 1981 г.). При общем удлинении до 75—80 мкм они сформированы как бы из отдельных слипшихся тонких листочков. Характерны примеси марганца и никеля, реже цинка. Частичка железа сложной морфологии и без всяких примесей была обнаружена нами и в пеплах вулкана Спурр на Аляске (извержение 1992 г.). В пеплах исландского вулкана Эйяфьятлайокюдль (извержение 2010 г.) встречено несколько копьевидных частичек самородного Fe размером 30 х 180 мкм. По своему строению и морфологии поверхности они сходны с теми, что обнаружены в Сент-Хеленсе, но совершенно не содержат примесей.
Сопутствующими железу рудными минералами практически во всех пробах пеплов были субмикронные изометричные частицы самородных алюминия и меди (иногда с цинком, реже с оловом), мельчайшие сферулы оксида железа (иногда полые) и индивидуализированные кубические кристаллики (реже агрегаты) сульфида железа. Нередко попадались частички сплавов и интерметаллических соединений железа, марганца, хрома, никеля, титана, меди, молибдена. Встречались единичные мельчайшие зерна самородного никеля, титана и вкрапления молибдена. В
пеплах трещинного Толбачинского извержения 2012—2013 гг. найдено одно зерно сульфида ртути.
За более чем 15-летний срок отборов проб нами встречены только два зерна самородного никеля (N1) — на вулканах Безымянный и Шивелуч. Они имели изометричную удлиненную форму, размер порядка 30 (70) х 200 мкм, гладкую поверхность, явную слоистость и очень незначительную примесь Fe.
Из группы благородных металлов за те же годы поиска и наблюдений мы обнаружили только одно зерно самородной платины и два — серебра (Ag). Остроугольное лентовидное зерно платины толщиной 0,4—0,8 мкм и длиной до 200 мкм встречено в пробе пепла щелочных базальтов исландского вулкана Эйяфьятлайокюдль, отобранной во время его мощного извержения в марте 2010 г. В той же пробе выявлены 14 зерен рудных минералов, в их числе самородное Fe, гематит, ильменит, пирит, интерме-таллиды титана, марганца, железа. С ними ассоциирует высокомагнезиальный минерал группы оливина — форстерит. Два сферических зерна самородного серебра без примесей мы обнаружили в пеплах вулкана Карымский (извержения 1996 и 2002 гг.). Их диаметр порядка 60 мкм, но состоят они из агрегата тончайших листочков размером 1—10 мкм.
В одну группу металлов с золотом и серебром входит самородная медь (Си) — они имеют однотипные кристаллические структуры, поэтому парагенезис* последней с серебром является нормальным. Считается, что медь в самородном состоянии встречается гораздо реже, чем ее сернистые и кислородные
* Парагенезис — совместное нахождение в тех или иных породах минералов, связанных общими условиями образования (прим. ред.).
Частица самородного никеля из пепла вулкана Шивелуч и ее рентгеновский спектр.
соединения. Но в пеплах она обнаруживается довольно часто. Так, в Карымском вулкане (извержение 2006 г.) были зафиксированы два зерна Си каплеобразной формы. Мельчайшие ее частицы, часто в ассоциации с цинком, встречены в пепле вулкана Безымянный. Содержащие цинк частицы меди присутствуют и в продуктах вулкана Сент-Хеленс. В пеплах начальной стадии Трещинного Толбачинского извержения 2012—2013 гг. зафиксированы десятки изометричных частиц самородной меди, часто содержащих примесь олова (Бп) и цинка (гп). Кстати, две частицы самородного цинка изо-метричной формы размером 50—400 мкм обнаружены в Карымском вулкане, а в пеплах начальной с
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.