ЛИТОЛОГИЯ И ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ, 2008, № 2, с. 115-127
УДК 551
ГЕОХИМИЯ АУТИГЕННОГО ЖЕЛЕЗОМАРГАНЦЕВОГО РУДООБРАЗОВАНИЯ В ОСАДКАХ СЕВЕРО-ВОСТОЧНОЙ КОТЛОВИНЫ ТИХОГО ОКЕАНА
© 2008 г. А. В. Дубинин, В. Н. Свальнов, Т. Ю. Успенская
Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН 117997 Москва, Нахимовский проспект, 36;
E-mail: dubinin@ocean.ru
Поступила в редакцию 17.09.2007 г.
В переходной к непродуктивной зоне Тихого океана исследованы железомарганцевые аутигенные образования в осадках двух горизонтов: 0-10 и 240-250 см. В осадках кроме двух различных по составу типов микроконкреций обнаружены корки и железомарганцевая конкреция в поверхностном горизонте (0-1 см). Рассмотрены составы трех размерных фракций марганцевых микроконкреций: 50-100, 100-250, 250-500 мкм. По морфологии поверхности, цвету и форме определены две генерации микроконкреций - матовые округлые (МК1) и угловатые блестящие (МК2), которые различаются по минеральному и химическому составу. Матовые МК1 содержат больше марганца и меньше железа, чем МК2. Величина Mn/Fe в них составляет 13-14. Асболан-бузерит и бернессит - основные минералы марганца в матовых МК1. Блестящие МК2 состоят в основном из вернадита с величиной Mn/Fe = 4.3-4.8. Фракция 50-100 мкм блестящих МК2 обогащена Fe (в 2.6 раза), W (1.8), Mo (3.2), Th (2.3), Ce (5.8) и РЗЭ (1.2-1.8) относительно матовых МК1. Химический состав отдельных фракций матовых МК1 различается мало, состав блестящих МК2 в разных фракциях меняется в большей степени. Так, содержание железа с увеличением размера микроконкреций уменьшается на 10 относительных %, церия в 2 раза, вольфрама в 2.1, молибдена в 2.2, кобальта в 1.5 раза, при этом содержание тория и меди возрастает в 2.1 раза, никеля в 1.9, РЗЭ в 1.2-1.6. Причины различия в химическом и минеральном составе фракций микроконкреций МК1 и МК2 могут заключаться как в чередовании в осадках окислительных и субокислительных условий, что связано с поступлением лабильного органического вещества, выступающего в качестве основного восстановителя, так и в аллохтонном генезисе МК2.
Оксигидроксидная составляющая постоянно присутствует в океанских осадках, имея изначально гидрогенное (или также гидротермальное) происхождение. В нормальных процессах осадко-накопления доля оксигидроксидов растет в направлении пелагиали и достигает там максимальных значений. Обособление этой части отложений в форме корок, конкреций и микроконкреций происходит еще на стадии седиментогенеза и продолжается в постседиментационных условиях раннего диагенеза. Если железомарганцевые корки в значительной мере наследуют состав взвешенных оксигидроксидов железа и марганца в водной толще, то на формирование конкреций и микроконкреций в разной степени оказывают влияние как прямое осаждение оксигидроксидов из океанских вод, так и их перераспределение в процессах раннего диагенеза [Волков, 1979]. Роль этих процессов в формировании состава конкреций и микроконкреций переменна и сильно зависит от количества лабильного органического вещества в осадках, соотношения оксигидроксидов марганца и железа и органического вещества,
площади реакционной поверхности конкреций и микроконкреций. И если конкреции не всегда встречаются в осадках, то микроконкреции -обычная составляющая пелагических осадков [Аёёу, 1979; КишеМой^ е! а1., 1989; Свальнов, 1991; Свальнов и др., 1991а, б; Райап, 1993; Райап е! а1., 1994; Дубинин, Свальнов, 1995, 2003 и др.]. Они являются продуктами диагенетического обособления оксигидроксидов железа и марганца и, как представляется, образуются и растут в верхнем обводненном слое осадка на границе вода-дно. Количество микроконкреций растет с замедлением скорости осадконакопления [Свальнов и др., 1991а], а их состав по мере роста приближается к составу реакционноспособной части осадка, отражая его увеличивающуюся долю в поставке вещества [Дубинин, Свальнов, 1996, 2003]. Последнее характерно для биопродуктивных областей океана. Данных по составу микроконкреций в непродуктивных частях океана немного. Но общие тенденции в изменении состава микроконкреций в непродуктивных и биопродуктивных областях Мирового океана несколько различны.
с.ш.
30° :
25°
20° ~
15° -
10°
160° 155° 150° 145° 140° 135° з.д. Рис. 1. Схема района исследования с местоположением станций.
Задача данной работы - расширить область исследования микроконкреций в непродуктивных зонах океанов, рассмотреть процессы формирования микроконкреций и сравнить полученные закономерности с ранее известными. Разная степень влияния процессов седиментогенеза и диагенеза на состав железомарганцевых оксигидроксидных образований определяет характер распределения в них микроэлементов. Изучить перераспределение последних можно лишь в условиях одинакового по исходному составу потока взвешенных оксигидроксидов и органического вещества, т.е. в пределах одной станции.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Материал для исследования отобран трубкой большого диаметра в 28-ом рейсе НИС "Дмитрий Менделеев" в 1982 г. на станции 2492, расположенной в Северо-Восточной котловине Тихого океана (рудная провинция Кларион-Клиппертон) в пределах северной периферии приэкваториального пояса биогенного кремненакопления (биологически непродуктивная часть пояса) (рис. 1) [Свальнов и др., 1986].
На станции 2492 (14°33.3' с.ш., 147°18.0' з.д., глубина 5830 м) вскрыты коричневые эвпелаги-ческе глины, которые содержат аутигенные же-лезомарганцевые микроконкреции, филлипсит,
барит и костный детрит. На поверхности осадков (горизонт 0-1 см) обнаружена полиядерная желе-зомарганцевая конкреция типа РБ8 (2 х 1 х 1 см) [Скорнякова, 1986; Успенская, Скорнякова, 1991].
Для получения железомарганцевых микроконкреций (МК) осадки горизонтов 0-10 и 240250 см промывали через сито из полиамида с размером ячеек около 50 мкм. В ходе промывки из осадков были выделены фрагменты железомарганцевых корок. Масса сухих осадков, взятых для выделения МК, составила соответственно 130.595 и 99.750 г. Оставшуюся на сетке фракцию высушивали при комнатной температуре или при 50-70°С. Микроконкреции отбирали вручную под бинокуляром, отмечая их цвет, форму, характер поверхности, состав ядер. Внутреннее строение и оптические показатели МК изучали в отраженном свете, используя наиболее представительные полированные шлифы. Поскольку среди микроконкреций отчетливо идентифицируются две разновидности - матовые (МК1) и блестящие (МК2), то для последующих исследований использовались монофракции МК1 и МК2, количественно выделенные из массы осадков. Отобранные разновидности МК были разделены методом рассеивания на ситах на четыре фракции: 50-100, 100-250, 250-500 и >500 мкм (табл. 1).
Для химического анализа воздушно-сухие пробы осадков, железомарганцевой конкреции и корок были растерты. Пробы микроконкреций не растирали. Навески проб осадков, конкреции и корок составляли 30-50 мг. Количество материала, взятого для определения химического состава микроконкреций, диктовалось их количеством в осадке (см. табл. 1) с учетом отбора проб для приготовления полированных шлифов и определения минерального состава. Разложение проб проводилось смесью концентрированных HF, HNO3 и HClO4 во фторопластовых стаканах с крышками при температуре 93°C в течение 7 часов. Оксид марганца (IV), выпадающий при обработке желе-зомарганцевых отложений, восстанавливали 1 мл 6М HCl, затем раствор переводили в стеклоугле-родный тигель, куда после упаривания при температуре 160-180°C дополнительно добавляли смесь концентрированных HNO3 и HClO4. После упаривания пробы переводили в 5% по объему раствор HNO3 и в таком виде использовали для определения РЗЭ, Co, Mo, W и Th методом масс-спектро-метрии с индуктивно связанной плазмой на приборе PlasmaQuad PQ2STE фирмы Fisons Instruments [Дубинин, 1993; Стрекопытов, Дубинин, 1997]. Содержания Fe, Mn, Co, Ni, Cu, Al и Ti в тех же пробах были проанализированы методом атомно-абсорб-ционной спектрометрии (аналитик Завадская Н.Н., ИО РАН). Точность определения варьировала в пределах 3-5 отн. %. Фосфор определяли спек-трофотометрически по интенсивности окраски синего фосфоромолибденсурьмяного комплекса. Воспроизводимость анализа составила 3 отн. %. Правильность применяемых методик контролировали анализом образцов стандартного состава СДО-9 (красная глубоководная глина), СДО-5 (железомарганцевая конкреция) и СДО-2 (вулка-нотерригенный ил).
Анализ минерального состава проб проводился методом просвечивающей аналитической электронной микроскопии (микродифракция электронов и энергодисперсионный анализ) (аналитик А.В. Сивцов, ИГЕМ РАН).
РЕЗУЛЬТАТЫ
Осадки станции 2492 двух изученных горизонтов (0-10 и 240-250 см), несмотря на их очевидную разновозрастность, довольно сходные по составу. Содержания железа (4.46-4.60%), марганца (0.76-0.87%), фосфора (0.205-0.230%) и алюминия (7.23-7.68%) практически одинаковые (табл. 2). Также близки в осадках обоих горизонтов содержания микроэлементов - кобальта, никеля, меди, вольфрама, молибдена, тория и РЗЭ. Состав РЗЭ показан на рис. 2 и характеризуется отрицательной аномалией церия и повышенными содержаниями средних РЗЭ. Величина аномалии церия рассчитывалась как Ce an = 2 х Ce/CeNASC/(La/LaNASC +
Таблица 1. Массы матовых (МК1) и блестящих (МК2) микроконкреций, полученных из осадков двух горизонтов станции 2492
Горизонт, см Фракция, мкм Масса, мг Соотношение масс МК1 и МК2, %
МК1 МК2 МК1 МК2
0-10 >500 0 0 - -
500-250 24.1 1.7 93.4 6.6
250-100 80.2 30.9 72.2 27.8
100-50 8.1 11.9 40.5 59.5
240-250 >500 0.2 0 100 -
500-250 5.7 3.2 64 36
250-100 31.2 18.4 62.9 37.1
100-50 4.9 5.8 46 54
+ Nd/NdNASC), где LnNASC отражает содержание лантаноида в сланце (North American Shale Composite) [Gromet et al., 1984].
Доля реакционноспособных форм элементов, полученных обработкой осадка реактивом Честера [Chester, Hughes, 1967], минимальна для титана (4%), железа и алюминия (8-10%). Для тория и вольфрама данные по вытяжкам не рассматривались, так как эти элементы в своей высшей степени окисления подвержены сорбции на твердых частицах осадка при pH 2, характерном для вытяжки 1M NH2OH •
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.