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,
Страницы: 1, 2
