ЛИТОЛОГИЯ И ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ, 2011, № 3, с. 227-248
УДК 553.411:551.72(47)
ЖЕЛЕЗОМАРГАНЦЕВЫЙ РУДНЫЙ ПРОЦЕСС В БАЛТИЙСКОМ МОРЕ
© 2011 г. Е. М. Емельянов
Атлантическое отделение Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН 236022 Калининград, проспект Мира, 1;
Е-шаП: ioran@atlas.baltnet.ru Поступила в редакцию 07.07.2009 г.
В илах впадин Балтийского моря, в которых периодически у дна возникает стагнация, обнаружено до 5% Мп, а в отдельных прослоях колонок до 17% и до 9—10% Сорг. Илы этих впадин являются микрослоистыми. Благодаря затоку в море океанических вод толща моря стратифицируется: верхние слои являются кислородными, нижние (придонные) — сероводородными. Границей между ними является переходный слой О2—Н2$. Именно в этом слое, называемом автором редокс-барьером, резко меняются зачения БЬ. Ниже этого барьера скапливаются огромные количества растворенного марганца (Мп2+) и железа (Бе2+), которые под действием градиента диффундируют из сероводородного слоя в кислородный и на редокс-барьере выпадают во взвесь, где содержится до 15% Бе и до 45% Мп. При вторжении во впадины свежих кислородосодержащих соленых вод, сероводородная обстановка меняется на кислородную, растворенные формы элементов переходят во взвешенные в виде гидроксидов и геологически мгновенно осаждаются на дно. Через 5—10 лет обстановка меняется, сероводород снова поступает со дна в водную толщу, а вслед за ним и растворенные Мп2+ и Бе2+, ранее выпавшие на дно в виде гелеобразного осадка. И цикл круговорота элементов повторяется. Но гелеобразный осадок при этом растворяется не полностью: некоторая его часть остается на дне в виде черных микрослойков, состоящих из родохрозита. Они содержат до 29% Мп. Черные слойки накапливаются в стадию аэрации: в них обнаружены остатки донных фораминифер. Кроме черных слойков имеются светлые диатомовые и буровато-серые (состоят из глинистого и органического веществ). В валовых пробах микрослоистых илов содержится до 12.9% Мп или до 26.9% МпС03. Впадины Балтийского моря — единственное место на земном шаре, где в настоящее время происходит процесс накопления карбонатно-марганцовистых илов. Автор предполагает, что таким же образом накопились карбонатно-оксидные олигоценовые марганцевые руды, описанные Н.М. Страховым с соавторами. Прозведено сравнение составов марганцовистых илов Балтики и некоторых древних месторождений руд Европы в целом. Автором изучено 5 стадий накопления Мп и превращения илов в руды.
Н.М. Страхов с соавторами [1967, 1968] достаточно подробно и логично описал процесс накопления марганцевых руд в древних водоемах. Но в цепи его построений не хватало одного звена: он не расматривал марганцеворудный процесс в конкретных современных водоемах, не зная, что такие водоемы существуют. Поэтому, не останавливаясь на седиментационном процессе, а, сказав, что концентрация марганца в рудоносных осадках водоемов должна быть около 13% [Страхов и др., 1967], он утверждал, что дальнейшая концентрация элемента должна была происходить исключительно за счет диагенетического перераспределения.
Мне удалось обнаружить водные бассейны, где происходит интенсивная концентрация марганца в донных осадках, достигающая 10—13% и, очевидно, способная в будущем привести к образованию марганцевых руд — это впадины шельфового Балтийского моря.
Марганцеворудный процесс в этих впадинах очень кратко был описан в журналах Финляндии [Бше1уапоу, 1986] и Украинской ССР [Емельянов,
1988]. Наиболее в полном объеме модель увидела свет в статье, опубликованной в Германии [Бше1у-апоу, 2004] и в книгах [Емельянов, 1998; Бше1уапоу, 2005].
Основные задачи настоящей статьи следующие. 1. Описание обогащенных марганцем донных осадков и процесса концентрации этого элемента в над-кларковых (рудных) количествах. 2. Составление модели марганцеворудного процесса в Балтийском море и сопоставление первичных-марганцевых илов Балтики с древними оксидно-карбонатными марганцевыми рудами морского генезиса, описанными Н. М. Страховым с соавторами [1968]. 3. Выделение основных стадий превращения марганцевых илов в марганцевые руды.
Материалом послужили тысячи проб донных осадков Балтики и водной взвеси, а также многочисленные предыдущие публикации как самого автора, так и зарубежных ученых, ссылки на которые приводятся в списке литературы.
с.ш.
60°
59°
58°
57°
56°
55°
54°
14°
16°
18°
20°
22°
24° в.д.
Рис. 1. Батиметрическая схема (изобаты в м) и расположение основных бассейнов, впадин, заливов, проливов и желобов в Балтийском море. Бассейны: А.Б. — Арконский, Б.Б. — Борнхольмский, Гд.Б. — Гданьский, Г.Б. — Готландский, З.Г.Б. — Западно-Готландский. Впадины: С.Б. вп. — Северо-Балтийская, Ц.Г. вп. — Центрально-Готландская, вп. Ф. — Форё, Ю.Г. вп. — Южно-Готландская, Л. вп. — Ландсортская. Заливы: В. зал. — Вислинский, К. зал. — Куршский, Бот. зал. — Ботнический, Ф. зал. — Финский. Проливы и желоба: Сл. ж. — Слупский желоб, Б. пр. — Борнхольмский пролив. Б. — о. Борнхольм.
ГЕОЛОГО-ГЕОМОРФОЛОГИЧЕСКАЯ И ГИДРОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА БАЛТИЙСКОГО МОРЯ
Балтийское море является средиземным, шель-фовым, его средняя глубина составляет 40 м. Для моря характерны неглубокие впадины: Борнхольм-ская (глубина до 110 м), Гданьская ( до 110 м), Гот-ландская (до 248 м), Форё (210 м) и Ландсортский желоб (до 458 м) (рис. 1). Балтийское море соединено с Северным мелководными (20—30 м) Датскими проливами. Через эти проливы в виде нижнего течения происходит приток соленых океанических вод в Балтику, который то усиливается, то ослабевает. Соленая вода накапливается во впадинах, в то время как верхний слой моря является распреснен-ным, он пополняется речным стоком и атмосферными осадками. Между этими двумя слоями существуют четко выраженные плотностная граница (пикноклин) и солевая граница (галоклин), которые не позволяют этим слоям перемешиваться. Из-за этого во впадинах возникают застойные условия, в результате чего придонные воды становятся серо-
водородными [РотзеИиз, 1969; Геология ..., 1976]. Застойность впадин нарушается, когда происходит сильный приток североморских вод. Эти явления повторяются примерно через каждые 5—10 лет. Такая ситуация сохраняется на протяжении всей истории Балтийского моря, т.е. в последние 7.8— 8.0 тыс. лет.
ДОННЫЕ ОСАДКИ И ИХ ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ
Дно впадин Балтийского моря покрыто серыми или зеленовато-серыми морскими (литориновы-ми), часто микрослоистыми сапропелевидными или сапропелевыми илами толщиной в 2—4 м (редко больше или меньше) [Блажчишин, Емельянов, 1977; Геология ..., 1976], образовавшимися в морскую (литориновую) стадию развития моря. Они залегают стратиграфически выше серых озерных (ан-циловых) глин.
Впадины Балтийского моря, в которых четко проявляется плотностной барьер — прекрасные ловушки для многих химических макро- и микроэле-
ментов [Блажчишин, Емельянов, 1977; Емельянов, 1981, 1982]. В морских голоценовых илах впадин в повышенных количествах накапливаются марганец, органический углерод, аморфный кремнезем, Мо, Р, Ва, N1, Сг, Си, V Бе и многие другие элементы [Емельянов, 1986; Бше1уапоу, 1995]. Максимальные содержания этих элементов (табл. 1, 2) в 1.5—10 раз превышают средние их содержания в илах периферийных зон впадин Балтийского моря.
Многие из названных выше элементов ассоциируют с тонкими фракциями терригенных осадков (с глинистыми минералами, гидроксидами железа и марганца): чем больше в осадках пелитовой фракции (<0.01 мм), тем выше содержания элементов [Емельянов, 1982, 1986]. Поскольку глинистых минералов всегда больше в осадках впадин, то и содержания химических элементов в них значительно выше, чем в отложениях мелководных частей моря. Наиболее резкий скачок увеличения их содержаний наблюдается на глубинах примерно 80—90 м, т.е. на границе смены связи песков и крупных алевритов с глинистыми илами (рис. 2, 3). Ярким примером связи распределения элементов и пелитовой фракции являются осадки Гданьского бассейна, а также периферических частей других бассейнов Балтийского моря [Емельянов, 1982, 1986]. В илах этих районов все содержания элементов находятся в пределах их кларков в глинах континентов или серых терригенных илах окраин океанов. Главная причина этого явления — механическая сепарация исходного (речного и абразионного) осадочного материала и почти полное отсутствие аутигенных минералов в осадках. В глинах или в серых терри-генных илах окраин океанов или шельфовых морей глинистой зоны резко повышенных концентраций элементов в процессе механической сепарации взвесей во впадинах, подобных Гданьскому бассейну, не возникает. В отложениях Готладской, Борн-хольмской, Форё и Ландсортской впадин, в которых эпизодически в придонных водах появляется Н28, обнаружены надкларковые количества многих элементов, в первую очередь, органического углерода и марганца (см. рис. 3), микроэлементов Zn, Си, N1, Со, Сг.
Напомним, что в глинистых илах склонов Гот-ландской впадины (глубины 80—200 м) содержание Мп в среднем составляет 0.06% [Емельянов, 1981], в то время как в марганцовистых илах Центрально-Готландской впадины (см. рис. 3, 4) повышается до 4.9% Мпвал (в среднем 3.3% Мпвал), в том числе Мпреакц 3.2% [Емельянов, 1981]. Реакционная форма Мп составляет 99.9% от валового Мп. Аналогичные результаты были получены и другими авторами [Блажчишин и др., 1984]. Марганцовистые илы колонки Psd-610 (табл. 2) содержат 30.0—50.0% 8Ю2вал и 5.5—8.2% А1, в то время как илы Гданьской впадины 48.0-65.0% 8Ю2вал и 5.0-8.5% А1 [Емельянов, 1986].
На фоне обычных кларковых содержаний Fe и Mn в донных осадках Балтийского моря происходит активное накопление аутигенных образований этих двух элементов. Это, в первую очередь, железомар-ганцевые конкреции (ЖМК) и корки (ЖМКо), в которых главными составляющими являются железо и марганец примерно в равных количествах [Ва-ренцов, Блажчишин, 1976; Winterhatter, 1980, 2004; Zhamoida et al., 2004; Glasby et al., 1997]. Эти образования накапливаются в мелководной, кислородо-содержащей зоне моря (рис. 5, 6). Во впадинах же, в которых периодически исчезает кислород и появляется серовод
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.