ОКЕАНОЛОГИЯ, 2009, том 49, № 5, с. 742-750
МОРСКАЯ ГЕОЛОГИЯ
УДК 551.465
МИНЕРАЛЬНЫЕ АССОЦИАЦИИ ГИДРОТЕРМАЛЬНЫХ ПОЛЕЙ ЛОСТ ВИЛЛИДЖ И ЛОСТ СИТИ (СЕВЕРНАЯ АТЛАНТИКА)
© 2009 г. О. М. Дара, Т. Г. Кузьмина, А. Ю. Леин
Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Москва
e-mail: olgadara@mail.ru Поступила в редакцию 22.10.2007 г., после доработки 25.12.2008 г.
В 50-м рейсе НИС "Академик Мстислав Келдыш" при исследовании южного склона массива Атлантис (Срединно-Атлантический хребет, 30°07' с.ш.) было обнаружено неактивное гидротермальное поле Лост Виллидж (Lost Village), сформированное светлыми карбонатными породами и расположенное вблизи активного гидротермального поля Лост Сити. Были изучены минеральные ассоциации этих гидротермальных полей и сделан вывод об участии окружающей океанской воды в изменении минерального состава карбонатных построек на неактивном поле.
В 2005 г. в 50-м рейсе НИС "Академик Мстислав Келдыш" при исследовании южного склона массива Атлантис вблизи поля Лост Сити (Срединно-Атлантический хребет, 30°07' с.ш. - САХ) на ГОА "Мир" на дне были обнаружены светлые или покрытые черной железо-марганцевой пленкой карбонатные постройки высотой до 1.5 м. Участок дна с карбонатными постройками расположен на глубине 1016-1072 м и усеян хорошо сохранившимися раковинами отмерших двустворчатых моллюсков, относящихся к роду Bathymodiolus azoricus [8], широко распространенных в бентосных сообществах активных гидротермальных полей САХ. Этот участок дна размером 80-100 м на 25-40 м получил название Лост Виллидж (Lost Village) [9, 10]. Вновь открытое неактивное гидротермальное поле расположено в непосредственной близости от активного гидротермального поля Лост Сити, природа флюида которого и формирующихся из него брусит-кар-бонатных построек высотой до 60 м остается дискуссионной [2, 3, 4, 5, 8, 12, 13].
Задачей исследования было выявление особенностей минеральных ассоциаций этих двух полей.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В работе приводятся результаты изучения проб из активного гидротермального поля Лост Сити с брусит-карбонатной минерализацией из верхней части гигантской постройки Посейдон у выхода гидротермального источника с температурой ~77°С, а также пробы карбонатных построек неактивного гидротермального поля Лост Виллидж ("поле мертвых раковин"). Пробы отбирались манипулятором и специальным сачком, установленными на ГОА "Мир".
Исследования проводились на рентгеновском дифрактометре ДРОН-2.0 с CuKa - излучением и графитовым монохроматором. Дифрактометр оснащен системой программных средств, которые обеспечивают автоматизацию процесса съемки, первичную обработку спектра (коррекцию, масштабирование, выведение на экран компьютера нужного участка спектра, значений угла, межплоскостных расстояний, сглаживание спектра, удаление фона, определение интегральной интенсивности перекрывающихся и свободных от наложения пиков, редактирование пиков, сравнение спектров и др.) и документирование первичных результатов в различных форматах. Для определения количественных соотношений минералов был использован метод внутреннего стандарта.
Элементный состав проб определялся рентге-носпектральным методом. Использован спектрометр VRA-30, оснащенный рентгеновской трубкой с W-анодом, спектрометрическим каналом по Сол-леру, кристаллоанализаторами LiF, PE, ADP, пропорциональным и сцинтилляционным счетчиками.
Состав микроэлементов и РЗЭ в карбонатах обоих полей определяли на ИСП МС, Perkin Elmer ELAN (Институт минералогии УРО РАН).
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Для исследования вещественного состава активного гидротермального поля Лост Сити были взяты точечные пробы из различных фрагментов брусит-карбонатных построек.
Внешняя часть фрагмента постройки, по данным рентгенографического фазового анализа, состоит преимущественно из брусита (60-99%). Кроме того, в пробах в различных соотношениях присутствуют кальцит и арагонит, а также серпентин
I
18000
2000
18
34 38
50
62
26°
Рис. 1. Дифрактограмма образца брусита, взятого из внешней части постройки (активное поле Лост Сити).
(до 10%). У поверхности образца обнаружен мономинеральный слой брусита (рис. 1).
Внутренняя часть фрагмента постройки отличается некоторым снижением содержания брусита (до 40-75%). Соотношение кальцита и арагонита изменяется в широких пределах с увеличением количества кальцита во внутренней части образца. В некоторых пробах содержание серпентина достигает 20% (рис. 2).
Белый рыхлый материал, собранный сачком у грифона, состоит в основном из кальцита и арагонита (рис. 3). Содержание брусита не превышает 7%, а серпентина - 5%.
По-видимому, при разгрузке глубинного флюида в процессе смешения с холодной океанской водой происходит кристаллизация серпентина вместе с основными минеральными фазами - прежде всего с бруситом. Появление небольшого количества серпентина предсказывалось при моделировании ми-нералообразования в процессе прогрессивного смешения флюида Лост Сити с океанской водой [8].
Для детального анализа вещественного состава минеральных агрегатов неактивного гидротермального поля Лост Виллидж были изучены точечные пробы из участков, визуально отличающихся друг от друга (рис. 4, табл. 1).
Исследования показали, что основными минеральными фазами изученных проб являются кальцит, арагонит и кальцит с переменным катионным составом (рис. 5, 6). Соотношения этих минералов, по данным рентгеновского анализа, изменяются в достаточно широких пределах (табл. 1). Кроме того, обнаружены кварц (первые проценты), следы глинистых минералов, рентгеноаморфное вещество.
Содержание арагонита изменяется от первых процентов у поверхности образца до 30-70% в серых линзах и в центральной части. Дифракционные картины арагонитов поля мертвых раковин представлены на рис. 5.
Вещество из центральной части образца, а также серые линзы представляют собой кальцит в смеси с арагонитом в различных соотношениях. Практически "чистый" кальцит обнаружен в виде мономинерального слоя толщиной 0.5 см у поверхности образца А (рис. 5).
Дифрактометрические данные свидетельствуют о том, что в точечных пробах, взятых с поверхности образцов, одновременно присутствуют как практически "чистый" минал СаС03, так и смеси изоморфнозамещенных членов рядов СаТО3-]^ТО3-ЕеТО3-МпС03 (рис. 6).
Изоморфное замещение катионов Са в структуре кальцита на катионы Мп, Ее, Mg сопровождается
Рис. 2. Дифрактограмма образца (8г - серпентин, Бг - брусит, К - кальцит), взятого из внутренней части постройки (активное поле Лост Сити).
Рис. 3. Дифрактограмма образца (Бг - брусит, К - кальцит, Аг - арагонит), взятого у грифона (активное поле Лост Сити).
линейным изменением параметров элементарной ячейки, что позволяет идентифицировать изоморф-нозамещенные разновидности кальцита и определить по положению дифракционных максимумов их состав [6].
Наблюдаемый сдвиг межплоскостных расстояний в исследуемых образцах (рис. 6) может быть обусловлен замещением кальцита любым из перечисленных катионов. Известно, что в области невы-
соких содержаний изоморфных примесей в кальците зависимость параметров элементарной ячейки от содержания примеси примерно одинакова во всех трех сериях твердых растворов. Это позволяет определять суммарное содержание примесей по положению дифракционных максимумов. Значения й?104 = 3.040 А и й?300 = 1.440 А в образце № 26, й?104 = = 3.030 А, = 1.436 А и = 3.014 А, = 1.429 А в образце № 23 дают возможность определить содержание примесей, соответственно, <1%, 2%, 8%.
Таблица 1. Количественное соотношение минералов (%) в образцах ст. 4806-3 по данным РФА (см. рис. 4)
№ пробы Кальцит М§-кальцит Арагонит Кварц Прочие Примечание
14 63.3 31.6 Следы Галит, РАФ Серые линзы с поверхности образцов А и Б
15 59.9 31.1 3.9 Галит Светлое вещество с поверхности образца А
18 82.8 12.2 Галит, РАФ Вещество с поверхности образца Б, серо-белый участок
19 15.1 79.9 Галит, РАФ Кораллы на поверхности образцов
20 80 15 РАФ Пластинка из полости в образце Б
21 24.9 70.1 РАФ Самое светлое вещество из середины образца А
22 Следы РАФ Черное вещество с поверхности образца Б после обработки 10%-ной НС1
23 53.9 36.6 4.5 Следы Галит Светлое вещество с темными прожилками, образец Б
24 53.7 10.5 30.8 Галит, РАФ Светлое вещество с темными прожилками, образец А
25 55.8 22.4 16.8 Следы Галит Вещество со свежего скола образца Б
26 95 Следы Галит Серая полоса у поверхности на срезе образца А
1600
1400
1200
и 1000
д н
§ 800
м
а
о
¡3 600
н и К
400
200
/
_/Ши
I /иу
26
30
34
38
42
46
50 26°
Рис. 5. Дифрактограммы образцов арагонита: а - коралловые трубки с поверхности образца (проба № 19), б - вещество, взятое из середины образца (проба № 21), в - дифрактограмма кальцита (проба № 26) - неактивное поле Лост Виллидж.
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
2.287
1.897
1.859
1.612
40
44
48
52
56
60
64
69.98 26°
Рис. 6. Фрагмент дифрактограммы изоморфнозамещенных кальцитов (проба № 23) - неактивное поле Лост Виллидж.
По результатам химического анализа (табл. 2) геноспектральным методом содержание MgCO3 в можно полагать, что Са в кальците поля Лост Вил- кальците доходит до 5.3% - (Са0942, Mg0.053, Мп0001, лидж замещен Mg. В образцах исследованных рент- Ее0 003)СО3 [7].
0
I
На рис. 6 представлен фрагмент дифрактограм-мы образца, типичного для поля мертвых раковин, в котором расщепление всех основных дифракционных рефлексов указывает на одновременное присутствие в пробе кальцитов с различным кати-онным составом. Это рефлексы:
d113 = 2.287 Ä и d133 = 2.269 Ä;
d202 = 2.094 Ä и d202 = 2.079 Ä;
d108 = 1.912 Ä и d108 = 1.897 Ä;
d116 = 1.875 Ä и d116 = 1.859 Ä;
d211 = 1.626 Ä и d211 = 1.612 Ä;
d212 = 1.604 Ä и d212 = 1.592 Ä;
d300 = 1.436 Ä и d300 = 1.429 Ä.
Результаты изучения представительной группы образцов рентгенофазовым анализом в сочетании с данными элементного анализа подтверждают то, что Са в кальците поля Лост Виллидж замещается преимущественно Mg и содержание магнезитовой составляющей в кальците колеблется от 0 до 8%.
Черная пленка, отделенная от карбонатов с помощью
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.