УДК 551
ГЕОХИМИЯ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ БРАЗИЛЬСКОЙ КОТЛОВИНЫ АТЛАНТИЧЕСКОГО ОКЕАНА
© 2011 г. А. В. Дубинин, М. Н. Римская-Корсакова
Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН 117997Москва, Нахимовский проспект, 36;
E-mail: dubinin@ocean.ru Поступила в редакцию 17.06.2009 г.
В статье рассмотрены процессы седиментогенеза и рудообразования в Бразильской котловине Атлантического океана на профиле из 9 станций вдоль 24° з.д. Осадки представлены мио- и гемипела-гическими илами, в разной степени обогащенными гидротермальными оксигидроксидами железа и марганца. Содержание марганца в осадках аномально высокое (до 1.33%) по сравнению с содержанием этого элемента в отложениях других котловин Атлантического океана. Осадки отличаются также максимальным обогащением церием. Показано, что положительная аномалия церия связана с накоплением РЗЭ на оксигидроксидах железа. Установлено, что влияние гидротермального источника приводит к снижению величины аномалии церия и уменьшению дефицита легких РЗЭ относительно тяжелых. В восстановленных осадках обнаружено как сохранение положительной це-риевой аномалии после восстановления железа и марганца, так и ее исчезновение. Впервые определены содержания РЗЭ в этмодискусовых илах Бразильской котловины. Рудные образования в Бразильской котловине представлены железомарганцевой коркой и железомарганцевыми конкрециями, которые, судя по содержанию железа и марганца, редких и рассеянных элементов, относятся к седиментационным (гидрогенным) образованиям. Их отличает значительная положительная аномалия церия в составе РЗЭ. Впервые в захороненной конкреции (Mn/Fe = 0.88) обнаружено аномально высокое содержание церия, которое достигает 96% от суммы РЗЭ.
Оксигидроксиды железа и марганца — основные составляющие железомарганцевых корок, конкреций и микроконкреций в океанах и морях. Большинство рудных конкреционных полей в океане находится в пелагических областях, достаточно удаленных от континентов, на глубинах ниже критической глубины карбонатонакопле-ния, обычно более 5000 м. Близость континентов как источников терригенного вещества не способствует росту корок и конкреций.
Повышенные потоки органического вещества, характерные для приконтинентального се-диментогенеза, также не благоприятствуют образованию конкреций и корок. В составе оксигид-роксидов железо находится в своей высшей степени окисления Ре3+, а марганец — в основном в виде Мп4+. Оксигидроксиды этих форм элементов крайне малорастворимы. Перенос в растворе железа и марганца возможен в восстановленных формах — Бе2+ и Мп2+. Окисление восстановленных форм элементов происходит в океанских водах растворенным кислородом, что приводит к образованию взвешенных частиц оксигидрокси-дов — весьма сильных сорбентов для микроэлементов в океане. Корки формируются в результате осаждения оксигидроксидов на твердый субстрат пород и осадков. Этот процесс идет в
условиях сравнительно низких темпов осаждения литогенного и биогенного вещества.
Состав донных осадков отражает соотношение поступления на дно вещества различного генезиса: гидрогенного, биогенного, гидротермального, вулканогенного и литогенного. Оксигидроксиды железа и марганца в основном формируются из гидрогенного и гидротермального материала. В водной толще они находятся в виде тонкой взвеси и коллоидных частиц, и в осадках содержатся в наиболее тонких фракциях [Богданов, Лисицын, 1979; Tlig, 1982; Tlig, Steinberg, 1982]. Их присутствие в осадках идентифицируется по специфическому составу редкоземельных элементов, характерному для оксигидроксидов. Для спектра РЗЭ гидрогенной взвеси обычно характерна положительная аномалия церия, для гидротермальной — отрицательная [Дубинин, 2006]. В тонких глинистых фракциях пелагических осадков не наблюдаются аномальные содержания церия.
Железомарганцевые конкреции, также как и корки и микроконкреции, имеют слоистое строение, обусловленное разным составом отдельных прослоев. Слоистость конкреций — результат поступления вещества с разным соотношением железа и марганца [Piper, Williamson, 1981; Пунин и
др., 1995; Дубинин, Успенская, 2006]. Обогащенные марганцем слои растут более быстро, так как марганец к растущей поверхности оксигидрокси-дов может поступать как в виде коллоидов (Мп02), так и, в большей степени, в виде растворенного Мп2+. Появление ионов железа и марганца в морских и поровых водах возможно при восстановлении соответствующих оксигидроксидов лабильным органическим веществом:
Мп02 + С(Н20) = Мп2+ + со2 + н2о,
БеООН + С(Н20) = Бе2+ + С02 + Н20.
Но из-за реакции окисления железа марганцем: МпО2 + Бе2+ + Н2О = БеООН + Мп2+ восстановление Бе3+ органическим веществом в присутствии оксигидроксидов Мп4+ — процесс неравновесный. По этой причине поступление марганца на поверхность оксигидроксидов в ходе их роста возможно как в растворенном виде (Мп2+), так и в виде взвеси и коллоидных фракций вмещающих осадков (МпО2), а железо может поступать только в виде коллоидов (БеООН с переменным количеством воды). Слоистые текстуры железомарган-цевых рудных отложений — результат периодичности в колебании исходного состава материала — взвешенных частиц и диагенетически переработанного вещества из вмещающих осадков, где часто доминирует в зависимости от окислительно-восстановительных условий растворенный марганец.
Основной источник органического вещества в океане — фитопланктон [Романкевич, 1977]. Вариации продуктивности поверхностных вод в океане зависят от ряда причин: количества питательных веществ, освещенности, температуры, циркуляции вод. К районам с минимальной первичной продукцией относятся тропические аридные области [Виноградов и др., 1996]. Поток взвешенного органического вещества на дно уменьшается на порядок из-за процессов его окисления в водной толще [Емельянов, Романкевич, 1979]. Минимальное содержание лабильного органического вещества отмечается в пелагических осадках глубоководных котловин Мирового океана в центрах антициклонических круговоротов. В этих районах на поверхности осадков обычно находят железомарганцевые конкреции с оксигид-роксидами марганца и железа минимально измененными в процессах диагенеза. Фактором, лимитирующим количество оксигидроксидов железа и марганца в осадках, является содержание органического вещества. Увеличение содержания органического углерода в направлении берега приводит к полному восстановлению сначала марганца, а затем и железа. Следовательно, при увеличении потока органического вещества в осадки сначала происходит рост содержаний марганца в конкрециях (увеличение Мп/Бе), затем их уменьшение вплоть
до исчезновения марганца в железистых стяжениях, и, наконец, происходит исчезновение также и железистых оксигидроксидных стяжений.
Наиболее окислительные условия в осадках характерны для пелагиали, где количество лито-генного и органического вещества минимально. В Тихом океане такие условия наиболее ярко выражены в Южной котловине. В Атлантическом океане к Южной котловине близка по условиям гидродинамического режима и биопродуктивности вод Бразильская котловина (рис. 1). Формирование донных отложений и процессы дифференциации вещества контролируются здесь, как и во всем океане, циркумконтинентальной и вертикальной зональностью. В осадках Бразильской котловины проявляются наиболее характерные черты пелагического литогенеза, а именно минимальные скорости осадконакопления, крайне высокая (в сторону наиболее тонких фракций) дифференциация осадочного материала, повышенное содержание в осадках переходных металлов, резко пониженное содержание органического вещества, обуславливающее окислительный тип диагенеза. Отложения, образующиеся в этих условиях ("красные глины") — полигенные пелагические осадки, не имеющие аналогов на континентах. Характерным свойством этих осадков является наличие железомарганцевых конкреций, рудные поля которых обнаружены в Бразильской котловине.
Бразильская котловина с севера на юг простирается примерно на 3000 км, имеет глубины более 5000 м, расположена под антициклоническим круговоротом океанских вод, что приводит к низкой биологической продуктивности поверхностных вод. Изученность рельефа Бразильской котловины довольно слабая. Исследования на отдельных полигонах в районе 24° з.д. и 12° ю.ш. показали, что дно котловины имеет холмисто -грядовый рельеф [Геофизические..., 1990]. Подводные горы и холмы шириной 5—10 км разделены У-образными долинами. Высота холмов — 300—600 м. Стратифицированные осадки, по данным непрерывного сейсмопрофилирования имеющие мощность 100—400 м, заполняют межгрядовые депрессии и долины. Они облекают без видимых деформаций неровности рельефа фундамента. Критическая глубина карбонатонакопления в Бразильской котловине находится на глубинах 4800—5000 м, поэтому осадки часто представляют собой практически бескарбонатные глинистые илы иногда с повышенными содержаниями железа и марганца. Высокие содержания железа (до 10.25%) и марганца (до 2.52%), обнаруженные в осадках предыдущими экспедициями, могли быть результатом гидротермальной деятельности в плейстоцене, которая приурочена к районам расположения подводных гор вулканического происхождения. Драгирование склона такой го-
Рис. 1. Схема расположения изученных станций в Бразильской котловине. Показано также расположение станций на трансатлантическом профиле, по данным работы [Дубинин, Розанов, 2001].
Линией в пределах Бразильской котловины показана среднегодовая граница распределения величины первичной продукции (>150 и < 150 мг С/м2 сут-1), по данным [Виноградов и др., 1996].
ры показало наличие большого количества базальтовых обломков, покрытых железомарганце-выми корками, и железомарганцевых конкреций, продуктивность которых достигала 5—10 кг/м2 [Геофизические ..., 1990].
Цель данной работы — рассмотреть процессы современного осадконакопления и диагенеза, а также железомарганцевого рудообразования в Бразильской котловине Атлантического океана на примере меридионального разреза по 24° з.д., где были отобраны осадки на 8 станциях. Кроме того, проведен сравнительный анализ состава
осадков Браз
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.