научная статья по теме ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ЗОНАЛЬНОСТЬ ЖЕЛЕЗОМАРГАНЦЕВЫХ КОРОК ГАЙОТА ИТА-МАЙТАЙ Геология

Текст научной статьи на тему «ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ЗОНАЛЬНОСТЬ ЖЕЛЕЗОМАРГАНЦЕВЫХ КОРОК ГАЙОТА ИТА-МАЙТАЙ»

ГЕОХИМИЯ, 2010, № 5, с. 451-474

ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ЗОНАЛЬНОСТЬ ЖЕЛЕЗОМАРГАНЦЕВЫХ КОРОК

ГАЙОТА ИТА-МАЙТАЙ

© 2010 г. А. М. Асавин*, И. В. Кубракова*, М. Е. Мельников**, О. А. Тютюнник*, Е. И. Чесалова

*Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН 119991 Москва, ул. Косыгина 19; e-mail: alex@geokhi.ru **ГНЦ ФГУП Южморгеология 353461 Краснодарский край, Геленджик, ул. Крымская, 20 Поступила в редакцию 14.10.2008 г.

Исследованы образцы железомарганцевых корок, драгированных на гайоте Ита-Майтай (Магеллановы горы, Тихий океан), содержащие полный стратиграфический разрез разновозрастных слоев. В ряде образцов определен состав уникальных наиболее древних реликтовых слоев. Изучено распределение редких, редкоземельных и благородных элементов, включая Pt и Pd. Полученные данные о вариациях редкоэлементного состава в слоях корок позволили выявить возрастную специфику древних слоев относительно молодых по содержаниям Co, TR, S, As, Р. Кроме того значительные колебания составов корок связаны с пространственным положением образца на гайоте. Выделяются зоны, в которых богатые микроэлементами корки формировались как в плейстоцене, так и в палеогене. Установленные значительные колебания содержаний редких элементов в разновозрастных слоях корок указывают на то, что существовала значительная эволюция редкоэлементного состава корок во времени. Причиной такой эволюции могло быть изменение продуктивности биоценоза и изменения уровня глубины формирования корок на гайоте в результате вертикальных тектонических движений.

ВВЕДЕНИЕ

Железомарганцевые корки, широко развитые на поверхности гайотов Тихого океана, исследуются уже более полувека. В ряде обобщающих работ подведены итоги проведенных за это время исследований [1—7]. Эти рудные образования в океане, сформировавшиеся почти одновременно с появлением современной системы гайотов, чрезвычайно интересны как ровесники современных океанов, в которых записана история эволюции водной среды. Они характеризуются сложной многостадийной историей развития, отражающей историю седиментации в открытом океане на протяжении почти 80 млн. лет. Последние годы повышенный интерес к их практическому использованию вызвал резкое увеличение числа работ, посвященных изучению железомар-ганцевых образований на поверхности подводных гор. В результате появилось большое количество данных по геохимии редких элементов в железо-марганцевых корках. Эти данные выявили ряд новых интересных фактов — аномально высокие содержания Те [8], Р;, Мо [9-11], П [12-13], интересные закономерности изменения изотопного состава в разновозрастных слоях корок [14].

По мнению большинства авторов, железомар-ганцевые корки формируются за счет прямого осаждения из океанских вод взвешенных оксигидрок-сидов железа и марганца на твердый субстрат (вул-

канические или осадочные породы) [1-7]. Остается открытым вопрос о наиболее оптимальной для осаждения марганца глубине океана [1518]. Установлен факт, что наиболее высокие концентрации растворенного марганца и железа в океане располагаются в условиях кислородного минимума (минимального содержания кислорода в воде, около 175 ммоль/литр, примерно на глубинах 1-1.5 км). Из этого ряд авторов делает вывод, что именно эта зона наиболее благоприятна для формирования железомарганцевой коры [3, 7, 18]. Однако в таких условиях в воде должны доминировать хорошо растворимые формы Мп2+, и, следовательно, окисление марганца с образованием гидроокиси по реакции, рассматриваемой в работе Моргана [16]: 4Мп2+(раствор) + 02(раствор) + + 6Н20 = 4Мп00Н(осадок) + 8Н+ маловероятно [17]. В то же время растворимые формы марганца могут, независимо от окислительной обстановки в растворе, соосаждаться на частицах быстро образующегося рентгеноаморфного (коллоидного) гид-роксида железа или других поверхностях по механизму гетерогенного гидролиза [17, 19]. При этом процесс совместного осаждения гидроксидов железа и марганца носит автокаталитический характер, что обусловливает тесное срастание железистых и марганцевых структур и образование тонкого переслаивания богатых марганцем и железом слоев даже на микроуровне [18].

В природных условиях процесс образования корок, по-видимому, обратим, в результате чего скорость их роста может резко замедляться или даже сменяться растворением в зависимости от изменения окислительно-восстановительных условий. Эта возможность доказывается и геологическими наблюдениями — наряду с комковатыми пористыми поверхностями растущих корок наблюдаются блестящие сглаженные участки со следами растворения. Зафиксированы несогласные залегания разновозрастных слоев корок, что подтверждает существование ряда этапов в геологической истории, когда корки не формировались. Корковые залежи формируются не на всей поверхности гайота, а только в виде ленточных зон, параллельных границе вершинной части подводной горы [5]. Точные условия реакций формирования корок и их вид пока неясны. Важным фактором образования корок, по мнению ряда авторов, является гидродинамическая активность вокруг гайота [3, 5].

Установлено значительное, на 12—15 порядков, обогащение корок Со, N1, Си, Zn, ТЯ, Мо, Р и другими редкими и рассеянными элементами относительно морской воды, что предполагает существование определенного механизма концентрирования редких элементов в корках. Наиболее разработана сорбционная гипотеза этого механизма накопления редких элементов. По мнению ряда авторов [20—22], формирующиеся гели и коллоиды железа и марганца являются эффективным сорбен-том-соосадителем, и в процессе формирования слоев происходит активное извлечение редких элементов из морской воды, внедрение ионов редких элементов преимущественно в структуру марганцевых фаз, изменение валентных состояний растворимых катионов и фиксация в слоистой структуре марганцевых минералов. Для переходных металлов рассматривается в основном ионообменный механизм сорбции с последующим окислением и вхождением в марганцевые фазы [21—22]. Механизмы концентрирования многих редких элементов пока вообще не исследованы.

Из-за неясности механизма накопления редких элементов пока плохо поняты и закономерности их пространственного распределения в зонах развития железомарганцевых образований. Имеющиеся данные по распределению некоторых редких элементов (например, кобальта) указывают на значительные колебания (на порядок величин) даже в одних и тех же проявлениях железомарганцевого оруденения или от слоя к слою в одном и том же образце [23]. Остаются непонятными до сих пор и причины региональных колебаний содержаний кобальта, установленных для корок одной и той же глубины залегания [24—26]. Более разрозненные данные для других редких элементов — Р;, Ьа, Се, Мо — не позволяют говорить об установленных региональных аномалиях, но колебания и для этих элементов составляют порядки величин.

Для решения общих вопросов о механизме накопления редких элементов при образовании желе-зомарганцевых руд важно изучить региональные и временные (от слоя к слою) вариации содержаний редких элементов в железомарганцевых корках подводных гор и выявить наиболее обогащенные или обедненные редкими попутными компонентами зоны железомарганцевого оруденения в океане. В данной работе на примере одного из типичных гайотов Магеллановых гор (Ита-Майтай) исследованы вариации изменения содержаний редких элементов в слоях корок одного возраста (пространственные закономерности распределения редких элементов в корках), закономерности изменения содержаний редких элементов в зависимости от возраста слоя железомарганцевых корок, а также геохимические особенности распределения в корках платины как одного из наиболее ценных попутных компонентов руды.

ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ

В качестве объекта исследования выбран гайот Ита-Майтай, относящийся к группе Магеллановых гор (Тихий океан) (рис. 1). На рисунке представлена батиметрическая карта и схема распределения станций на гайоте, в которых удалось отобрать мощные образцы многослойных корок с наиболее полным разрезом.

Структура гайота Ита-Майтай, как и других древних гайотов Тихого океана, состоит из нескольких вулканов. Северный вулкан — более древний, с размытой плоской вершиной на ее поверхности; пробурены 2 скважины, вскрывшие толщу известняков [27]. Южный вулканический конус, по-видимому, более молодой и не подвергался размыву. На его вершине наблюдается несколько паразитных конусов; несколько мелких конусов отмечены на склонах. Перемычка между северным и южным конусом также осложнена мелкими конусами и их скоплением. Возможно, перемычка является одновременно западной частью разрушенной кальдеры — самой древней части вулканической постройки. На дне кальдеры на глубине 4 км наблюдается центральный конус высотой около 1 км. На поверхности крутых склонов кальдеры наблюдаются узкие долины, напоминающие баранкоссы. Непонятно, был ли взрыв образовавший кальдеру наземным или подводным, но он был явно несимметричным, и это позволяет предполагать, что причиной взрыва мог быть прорыв морской воды в промежуточный вулканический очаг с востока. Результатом этой катастрофы явилось значительное проседание кальдеры и, возможно, затопление ее водой. Сходный механизм формирования кальдеры предполагается, например, для крупнейшей кальдеры Каньядос на о-ве Тенериф и Табурента на о-ве Ла Пальма (Канарские о-ва) [28].

Рис. 1 Карта расположения проб на гайоте Ита-Майтай. На врезке показана генерализированная карта Магеллановых подводных гор (степенью затемненности).

Возраст подстилающих пород (вулканитов) гай-ота определен в 118 млн. лет. [29-30]. После формирования достаточно сложной вулканической постройки, представляющей собой двухвершинный

вулкан с более древним разрушенным северным конусом и более молодым (почти изометричным) южным, их вершины были размыты, выровнены и покрыты осадками. Это свидетельствует о вертикаль-

ных подвижках подводной горы, ее размыве на поверхности океана и затем значительном опускании до современного батиметрического уровня. Глубина, на которой находится плоская вершина гайота, составляет 450—1500 м.

Подстил

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