Железо-марганцевые конкреции мирового океана (стр. 1 из 2)
УРАЛЬСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ
КУРСОВАЯ РАБОТА ПО МПИ
Железо - марганцевые конкреции мирового океана
Студент: Образцов П.И.
Группа: РМ-00-1
Преподаватель: Рудницкий В.Ф.
г.Екатеринбург
2003г.
СОДЕРЖАНИЕ
1. Введение……………………………………………………………..3
2. История исследования…………………………..……………….….4
3. Распространение, состав и генезис рудных образований…………5
4. Проблемы геохимии ЖМО……..……………………………….....10
5. О перспективах освоения рудных ресурсов……………………...14
6. Заключение………………………..………………………………..19
7. Список используемой литературы………..………………………20
ВВЕДЕНИЕ
На протяжении предшествующих тысячелетий единственным источником минеральных ресурсов был континентальный блок, а в последней четверти ХХ в. началось освоение дна Мирового океана. В связи с этим уместно рассмотреть, каковы перспективы будущего освоения рудных ресурсов океана. Различным аспектам проблемы посвящено множество публикаций. Мы коснемся лишь самых характерных сторон состава и формирования океанских рудоносных отложений.
История исследования
Начальные сведения о рудных образованиях на дне открытого океана были получены в ходе проведения первой в истории мировой науки комплексной океанологической экспедиции на английском судне “Челленджер”, продолжавшейся почти четыре года (1872-1876).
18 февраля 1873 г. при проведении драгировки в 160 милях к юго-западу от Канарских о-вов со дна были подняты черные округлые желваки - железомарганцевые конкреции, содержащие, как показали уже первые анализы, значительное количество никеля, меди и кобальта. Правда, несколько ранее, в 1868 г., во время экспедиции Н.Норденшельда на шведском судне “София”, похожие конкреции были подняты со дна Карского моря, но эта находка осталась практически незамеченной.
В течение нескольких десятилетий после экспедиции “Челленджера” конкреции находили регулярно почти все последующие экспедиции, получавшие донные пробы, и начиная с 60-х годов ХХ в. стали появляться обоснованные предположения о глобальном характере железомарганцевого оруденения на дне океана. Так, по расчетам Д.Меро, общие ресурсы железомарганцевых конкреций на дне Тихого океана достигают 1.66·1012 т.
Распространение, состав и генезис рудных образований
 |
Железомарганцевые конкреции, широко распространенные на дне Мирового океана, максимально сосредоточены в нескольких рудных полях, в пределах которых они распределяются неравномерно, хотя на некоторых участках конкреции покрывают свыше 50% площади дна. В их минеральном составе доминируют гидроксиды марганца (тодорокит, бернессит, бузерит, асболан) и железа (вернадит, гематит, фероксигит), с ними связаны все преставляющие экономический интерес металлы.
Распространение железомарганцевых конкреций, обогащенных рудными металлами.
Химический состав океанских конкреций крайне разнообразен: в тех или иных количествах присутствуют практически все элементы периодической системы. Для сравнения в таблице 1 приводятся средние содержания главных рудных элементов в морских железомарганцевых конкрециях и в глубоководных пелагических осадках.
 |
 |
Соотношение средних содержаний химических элементов
в железомарганцевых конкрециях (ЖМК) и глубоководных осадках океана.
Проблема генезиса железомарганцевых конкреций сопряжена с проблемой скорости их роста. Согласно результатам датирования конкреций традиционными радиометрическими методами, скорость их роста оценивается миллиметрами за миллион лет, т.е. намного ниже скоростей отложения осадков. По другим данным, в частности по возрасту органических остатков и по изотопному составу гелия, конкреции растут в сотни и тысячи раз быстрее и могут, как предполагают, оказаться моложе подстилающих осадков.
Для подтверждения первой точки зрения требуется объяснить, почему конкреции не перекрываются относительно быстро накапливающимися осадками, для подтверждения второй - откуда за относительно короткое время поступила колоссальная масса марганца, необходимая для формирования конкреций в масштабах всего океана.
В первом случае предлагался ряд объяснений, например: активность переворачивающих конкреции донных организмов, воздействие придонных течений, поддерживающих конкреции “на плаву”, тектонические толчки, встряхивающие донные отложения. Для обоснования второй концепции наиболее удобна гипотеза усиленной поставки в позднечетвертичный океан гидротермального марганца, однако конкретные доказательства подобного явления пока не приводились. В любом случае конкреции сформировались за счет поступления рудного материала из подстилающих осадков, о чем свидетельствует корреляция средних содержаний в них различных элементов.
До сих пор мы фактически не знаем откуда берутся металлы, связанные в железо-марганцевых отложениях (ЖМО), каков механизм формирования конкреций, скорости их роста и др. И хотя исследований на эти темы опубликовано много, возможно тысячи, включая капитальные монографии, однако по-прежнему сохраняется дискуссионность и неопределенность во многих вопросах. Может случиться, что добыча конкреций и рудных корок (с подводных поднятий) начнется раньше, чем будут выяснены кардинальные вопросы их происхождения и роли в океанской среде. Ведь известно, что обогащенность ЖМО ценными металлами связана с их высокой сорбционной активностью, а это значит, что роль их в поддержании равновесия в составе морской воды огромна, и особенно, в условиях резкого увеличения антропогенных и техногенных сбросов в океаны.
Проблемы геохимии ЖМО
Казалось бы, что само название океанских руд свидетельствует о геохимической близости свойств Fe и Mn, формирующих общие стяжения. Это же вытекает из соседства их в таблице Менделеева. Однако, еще В.И.Вернадский писал, что в природе в зоне гипергенеза (кора выветривания) нет ни одного железо-марганцевого минерала. Большинство Mn месторождений на суше, особенно крупных, имеет осадочное происхождение. Fe- и Mn-рудные месторождения нередко сопутствуют друг другу, но всегда разделены во времени и пространстве. Это связано с разницей в величинах стандартных потенциалов окисления - более низком для Fe и - высоком для Mn. Поэтому окисление Fe в природной обстановке происходит легче и быстрее, чем Mn и оно раньше образует твердофазные соединения.
Важно отметить, что в океанской среде Fe образует собственные минералы или входит в состав других (глинистых) как в окисленной, так и в восстановленной (бескислородной) осадочной толще. Mn же в твердой фазе здесь может существовать только в окислительных условиях в форме свободных гидроксидов в высшей степени окисления, близкой к MnO2, но этот предел как правило не достигается из-за сорбционного связывания гидроксидом некоторого количества MnO (обычно 1-2%), за счет окисления которого постепенно наращивается его собственная фаза. Поэтому точнее состав гидроксидов отражает формула: nMnO·MnO2·mH2O.В восстановленных осадках это соединение растворяется, восстанавливаясь до двухвалентного состояния (MnO), и мигрирует к их поверхности в сторону кислород-содержащей среды. Именно это происходит в окраинных районах океанов, где скорости накопления осадков речного стока велики и это создает восстановительные условия в их толще. По существу, окраинные районы океанов являются “фабрикой”, поставляющей Mn и, в меньшей мере, Fe в океан. “В меньшей мере” означает не абсолютное количество Fe, а тот факт, что часть его, поступившая с речным стоком, связывается в восстановленном осадке в форме сульфидов или входит в состав других минералов и выводится из океанского рудогенеза. Это - первый этап разделения этих металлов в океане. В классических трудах Н.М. Страхова показана дальнейшая судьба этих и других металлов в океане и их накопление в благоприятных фациальных условиях (высокие содержания растворенного кислорода, низкие скорости седиментации), которые соответствуют глубоководным - пелагическим областям океанского дна, где и формируются наибольшие концентрации конкреций. Аналогичные условия возникают и на вершинах подводных обнажений, не перекрытых осадком, независимо от их местоположения в океане. В таких случаях нередко формируются рудные корки, особенностью которых является обогащенность Со, поэтому они называются кобальтоносными.
В последние годы стала особенно очевидной высокая мобильность самого океанского дна, при которой реализуется эндогенная (внутриземная) энергия - это и процессы спрединга (раздвига) в океанических хребтах и связанная с ними активизация вулканической деятельности, нередко сопровождающаяся гидротермальной деятельностью, процессы субдукции и пр. Все они для ЖМО являются губительными, т.к. сопровождаются резким повышением температуры, снижением содержания кислорода в морской воде, а нередко и излияниями кислых и восстановленных гидротермальных флюидов. В таких условиях ЖМО растворяются и обогащают соответствующий объем морской воды содержавшимися в них металлами. При каждом подобном событии часть Fe остается связанной в нерастворимых формах минералов в осадочной толще, а Mn мигрирует в окислительную среду морской воды, где происходит его регенерация (переотложение), особенно интенсивная в зоне геохимического барьера на границе двух несовместимых сред.
Таким образом, главное геохимическое различие между Mn и Fe в океане сводится к многообразию минеральных форм, в которых Fe выводится из рудогенеза, осаждаясь как в окислительных, так и восстановительных условиях, в то время, как Mn может находиться в твердофазной - гидроксидной форме только в окисленной среде. Mn имеет замкнутый круговорот в океане, и в ходе геологической истории, многократно может переходить из растворенного состояния в твердофазное и наоборот, в зависимости от изменений в составе морской воды, и каждый раз при этом теряет часть ранее связанного с ним Fe, что приводит к относительному обогащению ЖМО марганцем. Насколько резко произойдет это разделение зависит от геологического времени пребывания Mn в океане.