научная статья по теме БИОМИНЕРАЛИЗАЦИЯ В ЖЕЛЕЗИСТО-КРЕМНИСТЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ КОЛЧЕДАННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ УРАЛА Математика

Текст научной статьи на тему «БИОМИНЕРАЛИЗАЦИЯ В ЖЕЛЕЗИСТО-КРЕМНИСТЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ КОЛЧЕДАННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ УРАЛА»

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2012, том 442, № 5, с. 649-652

= ГЕОЛОГИЯ =

УДК 552.57(470.5):56.012

БИОМИНЕРАЛИЗАЦИЯ В ЖЕЛЕЗИСТО-КРЕМНИСТЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ КОЛЧЕДАННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ УРАЛА © 2012 г. Н. Р. Аюпова, В. В. Масленников

Представлено академиком Н.П. Юшкиным 11.07.2011 г. Поступило 08.08.2011 г.

Железисто-кремнистые отложения, ассоциирующие с силурийскими и девонскими колчеданными месторождениями Урала, сохранили текстурно-структурные и геохимические признаки их гальмиролитического апогиалокластитового и апосульфидного происхождения [1]. Эти породы состоят главным образом из гематита, кварца, карбонатов, хлорита, иногда присутствуют марганцевые и сульфидные минералы. Среди них выделены два типа отложений: джаспериты и госсани-ты. Было показано, что джаспериты образовались при гальмиролизе гиалокластитов в присутствии примеси известковистого материала, а в формировании госсанитов, кроме гиалокластического материала, участвовали окислявшиеся сульфидные частицы [1].

Трубчатые и нитчатые микроструктуры в железисто-кремнистых отложениях древних и современных колчеданных месторождений интерпретируются как фоссилизированные сульфид- и железоокисляющие хемоавтотрофные бактерии [4, 5, 7]. Биоминерализация в железисто-кремнистых отложениях колчеданоносных районов Урала до сих пор систематически не рассматривалась.

Биоморфные структуры изучали в полированных образцах с помощью оптического микроскопа Olympus 51X в темнопольном изображении и электронного микроскопа РЭММА-202 с энергодисперсионным анализатором. Объектами исследований стали медно-цинково-колчеданные (Молодежное, Талганское, Александринское, Бабарыкин-ское, Учалинское, Сибайское, Яман-Касинское, Блявинское, Сафьяновское, Шемурское) место-

Институт минералогии

Уральского отделения Российской Академии наук, Миасс Челябинской обл.

Южно-Уральский государственный университет, Миасс Челябинской обл.

рождения Урала, где широко представлены горизонты железисто-кремнистых образований.

Среди бактериоморфных структур по морфологии и размерам выделены несколько разновидностей:

1) нитчатые структуры диаметром 8—10 мкм и длиной 80—90 мкм обнаружены в известковистых госсанитах;

2) пучки ветвящихся или спутано-волосовид-ных нитей гематит-кварцевого состава диаметром 1—4 мкм и длиной до 100 мкм выявлены в хлорит-гематитовых госсанитах (рис. 1а);

3) микротрубчатые формы диаметром 20—30 мкм и длиной некоторых трубок 500 мкм в тесном сплетении с тонкими нитями диаметром 3—5 мкм установлены в джасперитах (рис. 1б);

4) многочисленные гематит-кварцевые нити, состоящие из цепочек удлиненно-овальных комочков и имеющие осевой канал диаметром 1 мкм, встречаются также самостоятельно в джаспери-тах.

Наружная оторочка выделенных бактериоморфных форм состоит из срастаний тонкодисперсных гематита и кварца, а центральный стержень выполнен прозрачным кварцем. Наличие внутреннего канала во всех случаях наблюдается на изломе минерализованных нитей или трубок. В местах скопления таких образований обнаруживаются ячейки кремнистого состава, заканчивающиеся узкими каналами или "сотовыми" и мозаичными структурами.

Наряду с бактериоморфными структурами в госсанитах впервые установлены трубчатые организмы диаметром 100—120 мкм (рис. 2а). Трубы являются полыми или инкрустируются концентрическими слоями микропрозрачного гематита. Некоторые из этих форм могут быть сопоставлены с таковыми, обнаруженными в современных и древних черных курильщиках [9]. Фоссилизированные срезы тел этих животных, где обнаружены микроотдельности гематит-кварцевого состава,

650

АЮПОВА, МАСЛЕННИКОВ

Рис. 1. Бактериоморфные структуры в железисто-кремнистых отложениях колчеданоносных районов Урала: а — спу-тано-волосовидные нитевидные структуры в госсанитах, Молодежное месторождение; б — фрагмент колонии однонаправленного расположения микротрубчатых форм, соединенных тонкими нитями, в джасперитах, Сафьяновское месторождение.

Рис. 2. Поперечный срез трубчатых организмов, Талганское месторождение: а — косое сечение трубчатых форм, инкрустированное концентрическими слоями микропрозрачного гематита; б — срез трубчатых форм с микроотдельно-стями гематит-кварцевого состава в кварцевой матрице.

Рис. 3. Тентакулиты в госсанитах, Молодежное месторождение. а — поперечный срез тентакулитов, б — волнообразные структуры между внутренней и внешней стенками тентакулитов, деталь рис. а.

могут соответствовать скоплениям бывших внут-ритрофосомных бактерий (рис. 2б).

В госсанитах также установлены скелетные остатки тентакулитов. Типичные тентакулиты со-

стоят из кальцита, частично замещенного гематитом и хлоритом (рис. 3а), и в отличие от трубчатых организмов в аншлифах характеризуются большей размерностью, смещенным ядром и наличи-

БИОМИНЕРАЛИЗАЦИЯ В ЖЕЛЕЗИСТО-КРЕМНИСТЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ

651

ем волнообразных структур между наружной и внутренней стенками (рис. 3б).

Для джасперитов обычными являются многочисленные реликты радиолярий и фораминифер.

Ассоциация рассмотренных бактериоморф-ных структур с реликтами микроорганизмов, морфология и стандартные размеры свидетельствуют об их биогенной природе. На рис. 4 показана зависимость радиуса фоссилизированных бактериоморфных нитей от их длины в железисто-кремнистых отложениях Урала. Считается, что фрактальная размерность, свойственная живым организмам, имеет свои аналоги среди неорганических самоорганизованных систем [6]. В отличие от неорганических систем соединений ок-сид-гидроксидов железа, имеющих сплошную линию фрактальной размерности Б^ ~ 1.7 [6], бак-териоморфные формы в железисто-кремнистых отложениях не характеризуются правильными древовидными формами, а встречаются как отдельные фрагменты в обломочной матрице.

Дополнительным свидетельством обширной бактериальной деятельности является легкий изотопный состав углерода (813С) аутигенного кальцита кварц-хлорит-гематитовых госсанитов Молодежного месторождения (—19.5%о) и джасперитов подрудной толщи Ново-Сибайской залежи (-13.2%) [2].

Описанные фоссилизированные нити микроорганизмов, вероятно, принадлежат к группе железо- и серуокисляющих организмов, относимых к хемотрофному микробному сообществу в современных придонных гидротермальных системах [7-9]. Экспериментальные исследования показывают, что бактерии способны полностью преобразовать структуру вулканического стекла с образованием ячеистых знаков и селективным выщелачиванием с обогащением остаточного продукта Fe и 81 [10], а также участвовать в процессах окисления сульфидов [8]. При этом процесс преобразования исходного материала может быть ускорен на несколько порядков по сравнению с неорганическими процессами [3].

Таким образом, впервые получен фактический материал, свидетельствующий о микробиальном участии в разложении гиалокластитовых осадков с примесью сульфидов и карбонатов в низкотемпературных условиях с формированием железисто-кремнистых отложений в колчеданоносных районах Урала. Пестрота и очаговость распределения биоморфных структур в железисто-кремнистых отложениях свидетельствуют не только о гетерогенности субстрата для них, но и о способности самих микроорганизмов менять среду обитания, что приводило к возникновению множества микросред с разнообразными условиями. Во

Длина 1000

100 10 1 0.1 0.01

100 Радиус

Рис. 4. Диаграмма зависимости радиуса от длины в бактериоморфных структурах. 1-4 — нитчатые бакте-риоморфные структуры: в госсанитах Молодежного (1) и Талганского (3) месторождений, в джаспери-тах Сафьяновского (2) и Бабарыкинского (4) месторождений; 5 — микротрубчатые структуры в джасперитах Сафьяновского месторождения. Сплошная линия показывает фрактальную размерность (Б я 1.7) древовидных структур неорганической природы [6].

многих случаях многоступенчатые процессы при формировании железисто-кремнистых отложений вызывали растворение и исчезновение таких структур. Значительные вариации в содержаниях биофильных и литогенных компонентов в железисто-кремнистых породах могут быть связаны с фоссилизацией биоты. Гематит-кварцевые образования, содержащие реликты микрофауны, как правило, обогащены А1, Т1, К, Са, Р и характеризуются накоплением собственных минеральных форм этих элементов (железистого хлорита, рутила, иллита, марганцовистого кальцита, апатита).

Выявленные биоморфные структуры рудокон-тролирующих железисто-кремнистых госсанитов отличаются от безрудных джасперитов обилием разнообразных бактериоморфных структур и присутствием трубчатых организмов и тентакули-тов, обитавших в кислых окислительных условиях.

Научно-исследовательские работы выполнены в рамках реализации ФЦП "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009-2013 годы (ГК № 14.740.11.1048).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Масленников В.В., Аюпова Н.Р. // Литосфера. 2007. № 2. С. 110-129.

2. Масленников В.В. Седиментогенез, гальмиролиз и экология колчеданоносных палеогидротермаль-

652

АЮПОВА, МАСЛЕННИКОВ

ных полей (на примере Южного Урала). Миасс: Геотур, 1999. 348 с.

3. Яхонтова Л.К., Нестерович Л.Г., Любарская Г.Ю. и др. // Минералог. журн. 1983. Т. 5. № 2. С. 28-38.

4. Duhing N.G., Davidson G.J., Stolz J. // Geology. 1992. V 20. P. 511-514.

5. Grenne T, Slack J.F. // Miner. deposita. 2003. V. 38. P. 625-639.

6. Hopkinson L, Roberts S, Herrington R, Wilkinson J. // Geology. 1998. V. 26. P. 347-350.

7. Juniper S.K., Fouquet Y. // Canad. Miner. 1988. V 26. P. 859-869.

8. Konhauser K. Introduction to Geomicrobiology. Oxford: Blackwell, 2006. 425 p.

9. Little C.T.S., Herrington R.J., Haymon R.M., Danelian T. // Geology. 1999. V. 27. № 2. P. 167-170.

10. Thorseth I.H., Fumes H, Tumyr O. // Chem. Geol. 1995. V 119. P. 139-160.

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