ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2013, № 5, с. 125-131
УДК 550.38
СВЯЗЬ КОНЦЕНТРАЦИЙ ЧАСТИЦ САМОРОДНОГО ЖЕЛЕЗА В ОСАДКАХ СО СКОРОСТЬЮ ИХ НАКОПЛЕНИЯ: ОБОБЩЕНИЕ ТЕРМОМАГНИТНЫХ ДАННЫХ
© 2013 г. Д. М. Печерский, З. В. Шаронова
Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва Поступила в редакцию 12.11.2012 г.
Обобщены данные о распределении частиц самородного железа в осадочных породах, полученные с помощью термомагнитного анализа. В результате продемонстрирована статистическая обратная зависимость накопления в осадках частиц железа от скорости осадконакопления и частоты геомагнитных инверсий, а также прямая зависимость от величины геомагнитного поля. Эти зависимости подчеркивают преобладание в изученных осадках частиц самородного железа космического происхождения.
Б01: 10.7868/80002333713050049
ВВЕДЕНИЕ
За последние пять лет нами накоплен большой фактический материал о распределении частиц самородного железа в осадочных породах, полученный по результатам термомагнитного анализа (ТМА). Это осадки разного возраста, от плиоцена до кембрия, отлагавшиеся в различных условиях, на дне озер, морей и океанов [Грачев и др., 2008; Мурдмаа и др., 2011; Печерский и др., 2008; 2009; 2011; 2013а; 20136; Печерский, Шаронова, 2012; Pechersky, 2008; Pechersky et al., 2008]. Внеземная природа таких частиц неочевидна. Находки частиц металлического железа и никеля известны давно, они обнаружены впервые в глубоководных океанических осадках и марганцевых конкрециях [Murray, Renard, 1891; Brownlee, 1985; Fredriksson, Martin, 1963; Parkin et al., 1980]. Наряду с частицами самородного железа космического происхождения, существует значительное количество частиц, связанных с вулканической деятельностью, жизнедеятельностью бактерий и метаморфизмом [Лукин, 2006; Новгородова, 1994; Штеренберг, Васильева, 1979; Frost, 1985; и другие]. Соответственно, каждый раз требуется сложный набор аналитических доказательств космической природы частиц самородного железа, обнаруженных в осадках.
В результате наших исследований с использованием ТМА выявлен ряд весьма простых статистических признаков космической природы частиц самородного железа в осадках. Подобную информацию другими существующими методами получить невозможно. Первая закономерность — бимодальное распределение концентрации частиц с обязательной ярко выраженной "нулевой" группой образцов, в которых частицы железа отсут-
ствуют (не обнаружены ТМА) (рис. 1). Такая закономерность определяется ограниченным объемом космической пыли, оседающей на поверхность Земли. Известно, что в 1 м3 межпланетного пространства находится около 100000 частиц космической пыли, следовательно, при осаждении на поверхность Земли космической пыли из каждых десяти сантиметровых кубиков только в одном из них находится такая частица, а металлические частицы — еще реже. Количество частиц космической пыли будет накапливаться в одинаковом объеме осадка тем больше, чем медленнее идет осадконакопление. "Нулевая" группа относится к участкам осадка, куда не попали частицы самородного железа вообще а, главное, частицы космического происхождения. Важно подчеркнуть, что в случае частиц космического происхождения эта специфика не зависит от возраста и литологи-ческих особенностей осадков, окислительно-восстановительных условий их накопления и раннего диагенеза (например, наличия или отсутствия пирита). Она свойственна всем изученным осадочным толщам, т.е. носит глобальный характер.
Вторая закономерность — отсутствует корреляция между концентрациями частиц самородного железа и магнитных минералов заведомо земного происхождения, как например, магнетит. Отсутствие такой корреляции свидетельствует в пользу преимущественно космического происхождения частиц самородного железа, а повсеместное распространение позволяет говорить об их связи с космической пылью.
Намечается и третья закономерность — отрицательная корреляция между концентрацией частиц железа и скоростью накопления осадков. На основании обобщения данных ТМА можно выяснить
N (в)
самородного железа, 10 3% Железо, 10 3%
Содержание магнетита, 10 3% Содержание магнетита, 10 3%
Рис. 1. Гистограммы распределения концентраций частиц самородного железа и магнетита в осадках разного возраста из разных регионов мира по данным ТМА: (а) — частицы самородного железа в осадках Атлантики; (б), (в) — в эпикон-тинентальных осадках северной Евразии, возраст миоцен-юра (б) и нижний кембрий (в), (г) — в осадках озера Байкал (в.миоцен). Распределение частиц магнетита: (д) — в осадках Атлантики; (е) — Евразии; (ж) — Байкала. N — число определений.
20
40
60
80
100
120 Ма
Мощность, м 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
г « I
• •
386
Мощность, м ^100 200 300 400 500 600 700 800
60
80
100
120
140 Ма
387
100
60 65 70 75 80 85 90 95 100 Ма
Мощность, м 200 400 600
800 1000
200
60 65 70 75 80 85 90 95
100
Ма
Мощность, м 400 800 1200 т
1600 т
2000 1
Рис. 2. Примеры зависимости мощности (м) осадков и времени их накопления (Ма). Линейные участки отражают постоянную скорость осадконакопления.
существование такой связи, чему и посвящена данная статья, кроме того следует проверить зависимость накопления частиц самородного железа от состояния геомагнитного поля, его величины и частоты смен полярности. Связь с величиной поля кажется тривиально-очевидна: в магнитном поле Земли, как в поле любого постоянного магнита, частицы железа должны притягиваться тем сильнее, чем больше магнитный момент магнита. Связь с инверсиями геомагнитного поля менее очевидна.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИИ
Основной (массовый) метод определения концентраций частиц железа в наших исследованиях является термомагнитный анализ (ТМА) и дополняющий его микрозондовый анализ. ТМА проводился в палеомагнитной лаборатории геологического факультета Казанского университета и геомагнитной лаборатории Института физики Земли РАН с помощью экспресс весов Кюри и термовибромагнитометра, сконструированных в указанных лабораториях. Мы не останавливаемся на технико-методических подробностях измерений и обработки результатов, описанных в вышеперечисленных статьях (см. введение). Отметим только методику оценки концентрации магнитного минерала по данным ТМА. Снимается полная кривая намагниченности насыщения образца М(Т). По Тс на этой кривой определяется намагниченность насыщения соответствующего минерала присутствующего в образце. От точки Кюри
на кривой М(Т) строится кривая 0-типа до комнатной температуры. Отношение полученной величины к известной величине намагниченности насыщения данного минерала есть процентное содержание данного минерала в образце. Точность такой оценки концентрации магнитного минерала довольно низкая, но это не играет принципиальной роли на фоне колебаний концентраций магнитных минералов, особенно самородного железа, на несколько порядков. Недостатки в точности ТМА компенсируются простотой приготовления проб ТМА, быстротой и массовостью получения данных.
Микрозондовый анализ и другие микроскопические исследования выполнены в геофизической обсерватории "Борок" (ИФЗ РАН). За более подробной информацией отсылаем читателей к упомянутым в начале введения статьям.
РЕЗУЛЬТАТЫ ОБОБЩЕНИЯ ДАННЫХ ТМА
Результаты обобщения данных ТМА сведены в таблице. Исходя из главной задачи статьи, необходимо определить скорость осадконакопления в каждом изученном разрезе. Для этого построены зависимости "мощность отложений—время (возраст) отложений" (рис. 2). Во всех случаях возраст отложений привязан к одной шкале геологического времени-2008 ^гаё81ет й а1., 2008]. Как видно на рис. 2, условия осадконакопления в разных участках разреза различны, что, в частности, выражается в изменении скорости их накопления, (например, разрезы Аймаки, Кара-Кала и
Связь количества частиц самородного железа со скоростью накопления осадков и геомагнитным полем
Регион Разрез Ма М V N0 N М.у.% NR /(Ш)
Копетдаг Халац 2.7-16.5 60-1045 7.1 18 47 2.77 67 4.85 8
Кара-Кала 62-65 -40 1.3 5 15 11.1 5 1.67 5
65-84 0-750 3.95 9 24 1.97 15 0.79 10
84-86 750-1070 16 11 26 21.4 0 0 3
86-89.5 1070-1170 2.9 4 8 14.3 2 0.57 4.5
90-93.5 1170-1190 0.6 1 9 3.2 0 0 7
94-99 1200-1850 13 2 36 1.1 0 0 11
Грузия Квиринаки 10.2-12 26-286 14.4 25 40 34.7 8 4.44 4
14.6-15.9 322-410 6.8 10 17 42.5 5 3.85 4
Тетрицкаро 63.8-64.2 0.7-8.8 2.1 9 16 140.5 2 5 5
65.5-67.73 9-22 1 10 31 14.4 1 0.45 5
С. Альпы Гамс 65.39-65.63 2.13 0.9 11 98 46.7 1 4.16 5
Мангышлак Кошак 62.7-69 0.32 0.5 7 20 5.6 7 1.11 7
С. Кавказ Аймаки 62-66 0-67 1.7 5 12 10.4 6 1.5 5
66-71 0-400 8 4 13 7.7 4 1 6
71-83 400-620 1.8 8 32 2.1 11 0.92 9
84-87 620-850 7.6 14 38 12.3 0 0 4
95-97.4 900-960 2.5 7 23 12.7 0 0 7
Басс 62.8-73.9 1135-1394 6.7 21 72 2.6 11 1 7
74.9-88.7 0-390 2.8 19 48 2.9 9 0.65 7
Маджалис 83.5-89.5 0-120 2 13 57 4.3 3 0.5 5.5
Дженгутай 84-90 4-93 1.5 5 13 6.4 2 0.33 5.5
Гергебиль 99.7-112.7 123-244 0.9 8 28 2.2 4 0.31 6
112.7-128.9 244-758 3.2 12 32 6 15 0.93 10
Крым Сельбухра 93.6-99.6 0-48.7 0.8 7 20 5.8 0 0 11
Верхоречье 112.4-124.8 1-36 0.3 10 15 5.4 7 0.56 10
125.8-130 42-78 0.7 7 8 20.8 13 3.1 7
Атлантика скв. 386 21.27-49.45 148-435 1.2 12 41 1.04 69 2.45 9
50-55.69 505.29-605.61 1.8 2 9 3.9 12 2.11 9
70.5-93.6 673.18-749.24 0.33 2 9 1 13 0.56 10
94.92-112 768.1-955.6 1.1 7 21 2 4 0.33 11
скв. 387 40.45-55.8 146.9-380.3 1.5 7 29 1.6 22 1.44 9
93.6-112 489.9-624.3 0.73 6 11 3.9 4 0.22 11
130-140 631.6-790.3 1.6 1 15 0.7 21 2.1 7
скв. 391А 5.33-11.65 146.92-207.8 1 3 8 6 32 5.1 6
11.64-15.97 207.48-419.72 4.9 3 16 4.4 20 4.62 5.5
15.97-22.84 419.72-649.48 3.3 7 25 4.1 24 3.5 5.5
скв. 391С 99-106.3 689-899 2.9 7 10 9.6 0 0 7
106.3-125 899-1001.6 0.55 3 10 1.6 11 0.59 10
125-137 1001.6-1124.7 1 2 32 0.52 31 2.58 7
137-144.5 1124.7-1243.6 1.6 12 52 3.1 11 1.47 6
144.5-151.7 1243.6-1392.6 2.1 10 41 3.4 19 2.64 4
Байкал скв. BDP-98 7.18-7.6 500-528 6.7 27 33 194.8 3 7.1 6
7.65-8.22 531-582 8.95 30 46 114.4 2 4.4 6
8.24-8.34 584-597 13 9 12 750 1 10 6
Примечание: Ма — возраст (млн. лет
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.