Железомарганцевые океанические образования - геодатчики экологического мониторинга

ЖЕЛЕЗОМАРГАНЦЕВЫЕ ОКЕАНИЧЕСКИЕ НБРА300АНИЯ -

ГЕОДАТЧИКИ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА

В лаборатории структурной и морфологической кристаллографии исследуются минералого-технологические особенности железомарганцевых конкреций шельфовой и пелагической зон Мирового океана.

Оксиды марганца, слагающие железомарганцевые конкреции, являются одними из наиболее распространенных и важных в практическом значении объектов, в образовании и трансформации которых активную роль играют микроорганизмы. Они рассматриваются как «накопители» элементов, необходимых для формирования ряда минералов в определенных условиях, изучается их воздействие на вещество минералов в результате образования биопленок на поверхности последних, помимо этого они сами формируют некоторые минералы в процессе своей жизнедеятельности. Характерной особенностью марганцевых фаз, слагающих океанические конкреции, яв-

ляется совместное присутствие как хорошо окристаллизованных, так и тонкодисперсных разновидностей с крайне низкой степенью упорядоченности, что до сих пор не нашло достаточно строгого научного объяснения.

В железомарганцевых конкрециях одной из наиболее распространенных минеральных фаз являются рентгеноаморфные фазы оксидов марганца. Электронно-микроскопические исследования показали, что данные фазы представляют собой минерализованный гликокаликс. Экспериментальные исследования по высокотемпературным фазовым трансформациям позволили нам диагностировать данную фазу как тодорокит, а анализ

электронно-микроскопических снимков позволяет связать его происхождение с деятельностью бактерий. Еще одним проявлением бактериального фактора в процессе роста конкреций и формирования марганцевых тонкодисперсных минералов является обнаруженное нами наличие цианобактериального мата в межслоевом пространстве конкреций. Состав цианобактериального мата, (%): МпО — 48.35; Ре2О3 — 6.23; MgO — 8.67; А12О3 — 5.05; БЮ2 — 4.45; N10 — 3.63; №20 — 2.30; СиО — 2.19; СаО — 1.31; К20 — 0.68. Электронно-микроскопические исследования внутренних зон конкреций показали широкое развитие биопленок в межслоевом пространстве конкреций. Такие биоплен-

ки сложены бактериями веретенообразной, палочковидной,кокковидной формы и нитчатыми чехлами бактерий. В состав бактериальной массы входят, (%): МпО — 28.34; Ре2О3 — 17.14; Б1О2 — 7.11; СаО — 2.41; ТЮ2 — 1.90; №2О — 1.74; А12О3 — 1.73; Mg0 — 1.30; Р2О5 — 1.25; БО3 — 1.25; СоО — 0.68; Ni0 — 0.53; К2О — 0.50. Таким образом, состав цианобактерий и массы, слагающей биопленки, соответствует оксидам марганца. На поверхности конкреций также обнаружено наличие большого количества различного вида бактериальных форм, что свидетельствует об их участии в совре -менном процессе минералообразова-ния на дне океана.

О существенной роли биогенного фактора в процессе формирования железомарганцевых конкреций свидетельствуют многочисленные находки тонкодисперсных самородных металлов. Сульфидные минералы в конкрециях (пирит, халькопирит, пирро-

Зерно торита

тин, троилит, ковеллин, борнит) обычно ассоциируются с органическими остатками и формируются в результате возникновения восстановительных микроочагов, обусловленных бактериальной деятельностью. С биохимическими процессами преобразования органического вещества связывается и наличие в конкрециях минералов никеля (тэнита, бунзенита, никелина, виоларита). В рудных зонах

железомарганцевых конкреций были обнаружены включения самородных металлов. В образцах конкреций наиболее широко распространены включения медно-красных и латунно-желтых металлических образований в виде пластинок, чешуек, дендритов, диагностируемых нами по результатам микрозондовых исследований как самородная медь и интерметаллические соединения меди и цинка (латунно-желтые зерна). Реже встречаются соединения железа с медью и чистое железо. Помимо этого были обнаружены единичные зерна самородного алюминия и цинка.

Биогенные влючения в рудной части конкреций

На основе проведения рентгеноструктурных, электронно-микроскопических и химических исследований определены критерии различия строения и состава железомарганцевых конкреций шельфовой зоны и глубинных областей океана; систематизациг имеющихся литературных данных и собственных экспериментальных работ позволили установить основные закономерности формирования тонкодисперсных оксидов марганца, формирующихся в разных глубинных зонах океанического дна; установлена роль биогенного фактора в марганце-образовании на дне океана; выявлена зональность распределения радиоактивных элементов в конкрециях шельфовых зон. Полученные нами данные

по зональному распределению радиоактивных элементов в шельфовых конкрециях являются новыми.

Особое значение имеет выявление самостоятельных минеральных фаз урана и тория, свидетельствующее об активной сорбции радиоактивных элементов шельфовыми конкреция-

Бактериальные образования в железомарганцевых конкрециях

ми в определенные периоды их роста, что позволяет их рассматривать как геодатчики экологического мониторинга.

Работа осуществлялась по Программе Президиума РАН№17

Литература

ЛысюкГ. Н. Биоминеральные наноструктуры оксидов марганца океанических железомарганцевых конкреций / / ЗРМО, 2007. № 5. С. 93-98.

Лысюк Г. Н. Структура и свойства океанических железомарганцевых конкреций // Минералы и минералообразова-ние, разнообразие и эволюция минерального мира, роль минералов в происхождении и развитии жизни, биоминеральные взаимодействия. Сыктывкар: ИГ Коми НЦ УрО РАН, 2008. С. 80-90.

Lysiuk G. Biomineral nanostructures of oxide manganous aggregates in ferromanganese nodules // Geology Ore Deposits. Spec. Issue «Proceedings of the Russian mineralogical Society», 2008. № 7. P. 647-649.

К. г.-м. н. Г. H. Лысюк

зо