научная статья по теме ФЕНОМЕН МАРГАНЦА НА ЗЕМЛЕ Физика

Текст научной статьи на тему «ФЕНОМЕН МАРГАНЦА НА ЗЕМЛЕ»

Феномен марганца на Земле

Елена Сергеевна Базилевская, кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник Института океанологии им.ПЛ.Ширшова РАН. Область научных интересов — океанский рудогенез.

Е.С.Базилевская

В этом году исполняется 130 лет с того времени, когда на борт «Челленджера», одного из первых исследовательских судов, были подняты из глубин Атлантического океана железомарганцевые конкреции (ЖМК). Почти три года продолжался рейс, принесший немало открытий. Исследованиями были охвачены три крупнейших океана планеты, и впервые стало очевидно, что поднятые конкреции не экзотика и широко распространены в Мировом океане. Однако монография с описанием научных результатов рейса увидела свет только через 15 лет после его окончания [1]. Столько времени потребовалось Дж.Меррею и А.Ренару на обработку и осмысление полученного материала. Многие выводы авторов и их прогнозы актуальны и сегодня.

В России эта публикация стала известна не сразу. В.И.Вернадский в «Очерках геохимии» писал: «При самых различных физико-химических условиях в биосфере — гидросфере и коре выветривания — создается один и тот же результат: происходит концентрация Мп, образование его чистых соединений, не известных в таком количестве и в такой форме в более глубоких слоях земной коры».

© Е.С.Базилевская

И далее он отмечал, что реками в океан сносятся огромные количества Мп: «Обогащение морской воды Мп, совершаемое в течение веков, должно было бы быть ощутимо, однако не существует никаких признаков ка-кой-нибудь концентрации Мп в океане» [2].

Довольно длительное время конкреции не привлекали к себе особого внимания, хотя находки их продолжались и коллекции пополнялись. Интерес к ним резко возрос в 50—60-е годы прошлого столетия, когда стало ясно, что конкреции — уникальный концентратор не только Мп, но и ряда металлов, имеющих высокую экономическую ценность, таких как Си, N1, Со, 2г\ и др. В сочетании с иссякающими запасами металлов в наземных месторождениях океан-

ские руды, потенциал которых практически неисчерпаем, приобрели новый смысл и стали рассматриваться как руды XXI в. [3, 4]. Большое число исследовательских судов разных стран проводили специализированные рейсы во всех океанах, причем в числе лидеров были и наши отечественные экспедиции. Сначала исследования успешно велись Академией наук СССР, позже — Министерством геологии с более конкретными поисково-оценочными задачами. Результаты работ долго были закрыты от научной общественности. Вспоминается, что закрытыми для нас оказались и работы иностранных экспедиций, опубликованные за рубежом в открытой печати. С трудом удавалось получать специальное разрешение для знакомства с некоторы-

пологи«

А

Карта распространеия рудных полей и площадей железомарганцевых отложений в Мировом океане [5, с упрощ. и доб.]. 1 — Мп/Ре > 1; 2 — Мп/Ре < 1. Цветные точки — современное положение Мп-месторождений. Штриховая линия — разграничение двух секторов океана, отличающихся накоплением Мп.

Ш111

■¡■НЕ ¡¡§¡111111

ч»

т

■в

г

■г

Нння||

V г,

М «

шш

1К' "

ми из них в Спецхране БЕН АН СССР (Библиотеки естественных наук)... В Мингеологии в то время была засекречена даже первая карта распространения и состава конкреций, изданная в США в 1978 г. и привезенная в СССР в нескольких экземплярах. Как же был удивлен чиновник из министерства, когда увидел ее висящей на стене нашего кабинета!

Теперь это все в прошлом, и сейчас открыты даже Метал-логеническая карта Мирового океана и превосходная Объяснительная записка к ней, вышедшие в 1998 г. под редакцией С.И.Андреева [5]. Но не только наши внутренние события способствовали рассекречиванию работ, важную роль сыграло принятие Конвенции по морскому праву, подписанной в 1982 г. 119 странами. Минеральные ресурсы океанского дна были признаны «общим достоянием человечества». Конвенция вступила в силу в 1994 г., и за развитыми странами (включая и СССР), внесшими наибольший вклад в изучение проблемы, были закреплены участки в наиболее богатой рудной провинции Кларион-Клиппер-тон в Тихом океане [4]. Надо ду-

мать, что освоение нового вида минерального сырья теперь уже не за горами.

Хуже дело обстоит с научными исследованиями. До сих пор мы фактически не знаем откуда берутся металлы, связанные в железомарганцевых отложениях (ЖМО), каков механизм формирования конкреций, скорости их роста и др. [6]. И хотя исследований на эти темы опубликовано много (возможно, тысячи), по-прежнему сохраняется дискуссионность и неопределенность во многих вопросах. Может случиться, что добыча конкреций и рудных корок начнется раньше, чем будут решены кардинальные проблемы их происхождения и роли в океанской среде.

После выхода в свет упомянутой выше Металлогенической карты (и особенно Объяснительной записки) появилась возможность количественно оценить содержания отдельных металлов, связанных в ЖМО разных океанов. Надо только пересчитать приведенные в таблицах данные по многочисленным рудным полям и площадям и обобщить их. Пока мы сделали это только для одного, самого загадочного и самого главного

рудообразующего металла — марганца. Впрочем, не менее главный и гидроксид железа, но, во-первых, сорбционная емкость его в отношении малых элементов вдвое ниже, чем у ги-дроксидов Мп, а, во-вторых, распространенность Ре в природе почти в 50 раз выше, чем Мп, что и делает его присутствие в океанских рудах вполне естественным и не столь необычным. Например, кларковое отношение Мп/Ре в горных породах Земли составляет 0.017, а в конкрециях (образовавшихся из продуктов разрушения горных пород) оно — 1.44, т.е. возрастает почти на два порядка! Откуда же берутся огромные массы марганца, связанного в рудных отложениях океанского дна? А разве не удивительны данные таблицы, где приведена оценка прогнозных ресурсов Мп в рудных полях разных океанов? В общей сложности накопления Мп в Тихом океане и восточной части Индийского в 70 раз превосходят накопления в западной части Индийского океана и в Атлантике. Иными словами, по содержанию марганца в железомарганцевых отложениях Мировой океан можно разделить на два резко асим-

Таблица

Площади распространения ЖМО в океанах и оценка прогнозных ресурсов Мп в рудных полях

Океан Атлантический

Площадь, 320

тыс. км2

Мп/Не 0.98

Ресурсы Мп, -

млн т

Индийский Ьнидмая часть Восточная часть

Тихий

202 615 8094

0.8 1.9 1.6

206 2070 12014

метричных сектора — Индо-Ти-хоокеанский и Индо-Атланти-ческий. Надо отметить, что в Атлантике прогнозные ресурсы Мп вообще весьма бедны и мало перспективны для освоения. Выявление причин отмеченной асимметрии открывает новые пути для решения проблемы океанского рудогенеза.

Данная статья появилась благодаря многолетнему моему участию в геолого-геодинамических и металлогенических исследованиях, проводимых Геологическим институтом РАН в акваториях Центральной и Южной Атлантики. Я признательна Ю.М.Пущаровскому за чтение рукописи и конструктивные замечания.

Проблемы геохимии железомарганцевых отложении

Казалось бы, что само название океанских руд свидетельствует о близости геохимических свойств Бе и Мп, формирующих общие стяжения. Это же вытекает из их соседства в таблице Менделеева. Однако в природе, в зоне гипергенеза (коре выветривания), нет ни одного железо-марганцевого минерала. Бе-и Мп-рудные месторождения нередко сопутствуют друг другу, но всегда разделены во времени и пространстве. Причина такого разделения кроется в разнице величин стандартного потенциала окисления — более низкого для Бе и высокого для Мп. Окисление Бе в природной обстановке происходит легче и быстрее.

В океане железо образует собственные минералы или входит в состав других (глинистых) как в окисленной, так и восстановленной (бескислородной) осадочной толще. Марганец же в твердой фазе может существовать здесь только в окислительных условиях в форме свободных гидроксидов высшей степени окисления, близкой к Мп02. Но, как правило, происходит сорбционное связывание неко-

торого количества (обычно 1 — 2%) двухвалентного марганца в виде МпО, за счет окисления которого постепенно и наращивается собственная фаза гидро-ксида. Точнее его состав отражает формула: пМп0-Мп02-тН20. В бескислородных осадках это соединение растворяется, восстанавливаясь до Мп2", мигрирует к поверхности (в сторону кислородсодержащей среды). Именно так и случается в окраинных районах океанов на континентальном шельфе, где скорости накопления осадков речного стока велики и в их толще создаются восстановительные условия. По существу окраинные районы океанов — это «фабрика», поставляющая растворенный Мп и в меньшей мере Бе в океан. «В меньшей мере» означает не абсолютное количество Бе, а то, что часть его, поступившая с речным стоком, связывается в восстановленном осадке в форме сульфидов или входит в состав других минералов и выводится из океанского рудогенеза. Таков первый этап разделения данных элементов в океане.

В классических трудах Н.М.Страхова показано, как происходит накопление металлов в благоприятных условиях (при высоком содержании растворенного кислорода и низкой скорости седиментации) глубоководных (пелагических) областей океанского дна, где и формируется наибольшее количество конкреций. Аналогичные условия возникают и на вершинах подводных обнажений, не покрытых осадками. В таких слу-

чаях нередко формируются рудные корки, обогащенные кобальтом.

Океанское дно характеризуется высокой мобильностью, при которой реализуется эндогенная (внутриземная) энергия. Это и процессы спрединга (раз-двига) в океанических хребтах, и связанная с ними активизация вулканической и гидротермальной деятельности, и процессы субдукции, и др. Все они для ЖМО губительны, так как сопровождаются резким повышением температуры, снижением содержания кислорода в морской воде, а нередко излияниями кислых и восстановленных гидротермальных флюидов. В таких условиях ЖМО растворяются и обогащают морскую воду содержащимися в них металлами. При каждом подобном событии часть Бе остается связанной в нерастворимых минералах в осадочной толще, а Мп мигрирует в окислительную сред

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