ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 28.09.2020
Просмотров: 3931
Скачиваний: 7
121
Следует всегла иметь ввиду, что вмешательство в океан приводит к нару-
шению экологического равновесия, условий жизни. Разрабатываемые технологии
должны быть безопасны для водной системы.
10.2.
Геохимия осадкообразования
Осадочные породы образуются в результате взаимодействия литосферы,
атмосферы и живого вещества. Геохимия процесса осадкообразования представ-
лена различными реакциями в присутствии воды. В формировании осадков участ-
вуют гипергенные процессы: выветривание, эрозия, седиментация, механогенез,
биогенез. По А.Б. Ронову (1972), главные процессы в зоне гипергенеза – это гид-
ролиз, кластогенез, окисление, восстановление, растворение, хемо- и биоосажде-
ние из растворов, комплексообразование и сорбция (конденсация) вещества.
Механогенез, или механические процессы делятся на следующие виды:
кластогенез (образование элювия);
гранулометрическую дифференциацию – природное разделение частиц по
крупности в водной или воздушной среде, например, разделение пелито-
вой и алевритовой фракции при образовании флиша;
гравитационную дифференциацию деления частиц по весу с образованием
россыпей;
природную флотацию – всплывание частиц более тяжелых, чем жидкость,
с помощью пузырьков воздуха и других природных "флотореагентов",
например, перемещение мелкого золота;
смешивание – процесс, протекающий с помощью перемещающихся и та-
ющих ледников.
Сочетание физических и химических процессов создают контрастные по
геохимическому составу породы: кварцевые песчаники, бокисты, железные руды.
Продукты выветривания на материках под воздействием эрозии и механо-
генеза переносятся в водоемы с последующей дифференциацией материала. Ме-
ханическим путем отлагаются галечники, гравий, песок, часть глин. Основная
среда осадкообразования – Мировой океан, который дает 70% всех осадков Зем-
ли. Важнейшими параметрами, определяющими химическое осаждение веществ
из природных водных растворов, являются концентрация ионов водорода и окис-
лительно-восстановительный потенциал, температура и давление.
В природных водах, в которых происходит осадкообразование, значения
pH и Eh колеблются в определенных пределах. Морская вода представляет собой
слабоокислительную среду: Eh у поверхности от 0,2 до 0,4 В, на дне от 0,1 до 0,3
В; pH 8,2 у поверхности и 7,8 на дне. В замкнутых водоемах, при ограниченной
циркуляции воды, у поверхности pH 8, на дне – 7,0; Eh у поверхности +0,1, на
дне – до минус 0,3 В. Концентрация сероводорода создает восстановительные
условия с отрицательной величиной Eh.
В.М. Гольдшмидт (1933) обобщил материал и установил следующую по-
следовательность выпадения химических элементов в осадок, впоследствии до-
полненную:
1.
Резидюаты – химические элементы, остающиеся преимущественно на
месте в форме кварца, кремниевой кислоты и элювиальных россыпей.
Формат:
Список
122
2.
Гидролизаты – осадки, образовавшиеся из легко гидролизующихся со-
единений (
Al, Ti, Zr, Ga, Be)
с образованием гидроксидной формы: бок-
ситы (бемит, диаспор, гидраргиллит); гидроксид титана при потере во-
ды переходит в анатаз и брукит; цирконий, образующий бадделеит;
гидролиз алюмосиликатов дает каолинит и сходные с ним минералы.
3.
Оксидаты – осадки, образовавшиеся при окислении низковалентных
соединений:
Fe
2+
, Mn
2
+
и др.
4.
Фосфориты и глаукониты.
5.
Карбонаты
CaCO
3
и
MgCO
3
,
образующиеся из растворов при их
нейтрализации и ощелачивании.
6.
Сульфаты (целестин, гипс)
7.
Эвапориты – осадки, образующиеся при выпадении в осадок
Na, K, Mg
путем испарения раствора.
Изменив и дополнив схему В.М. Гольдшмидта, К. Ранкама и Т.Сахама
(1950) предложили следующую классификацию осадков:
1.
Остаточные продукты – галечник, гравий, песок.
2.
Гидролизаты.
3.
Оксидаты.
4.
Редусаты – осадки, образованные в восстановительных условиях (суль-
фиды и др.).
5.
Продукты осаждения – осадки отложенные в результате превышения
произведения растворимости.
6.
Эвапориты.
7.
Биолиты – органогенные осадки.
Конечный химический продукт осаждения может встречаться в смеси с
любым количеством обломочного материала. Осадки морского происхождения
В.С. Крамбейн и Р.М Гаррелс (1952, 1960) подразделили на три больших класса:
осадки морских бассейнов со свободной циркуляцией воды;
осадки замкнутых бассейнов в условиях гумидного климата;
осадки замкнутых бассейнов в условиях аридного климата.
Поведение присутствующих в воде ионов в зависимости от изменения pH и
Eh они подразделяют на четыре группы:
1.
Соединения, поведение которых не зависит от величин pH и Eh (
Na, K,
Ca, Mg, Cl, Br, I).
2.
Соединения, поведение которых зависит от величин pH (
CO
3
, PO
4
).
3.
Соединения, поведение которых зависит от величин Eh (
Fe, Mn
).
4.
Соединения, поведение которых зависит от величин pH и Eh (
S
2–
, SO
4
).
Б.С. Крамбейн и Р.М. Гаррелс предложили геохимическую классификацию
конечных осадочных химических отложений, которая учитывает влияние pH и Eh
на поведение ионов в морской воде (рис. 18).
123
Рис. 18. Конечные ассоциации химических осадков и характерные для них
условия среды в зависимости от Eh и рН. Ассоциации в прямых скобках относят-
ся к растворам повышенной солености. Под шамозитом подразумеваются осадоч-
ные силикаты железа (по В. Крамбейну и Р. Гаррелсу, 1952)
На диаграмме выделяются десять полей с указанием приближенных границ
для ассоциаций минералов, как наиболее устойчивых для указанных условий.
Крупным шрифтом указаны распространенные минералы. В левой части диа-
граммы формируются поля с кислой средой и восстановительными условиями
ниже нуля, в которых отлагается торф и другие органические образования, пирит;
в полях с рН 7,0 – 7,8 в окислительных условиях осаждаются оксиды, гидроксиды
и силикаты железа, незначительно кальцит и хемогенный кремнезем. При значе-
ниях Eh ниже нуля увеличивается осаждение карбонатов (сидерита), шамозита, а
ниже границы сульфат – сульфид преобладают сульфиды во главе с пиритом.
В щелочной среде (рН 8,0 и более) ведущими минералами при осаждении
выступают карбонаты при разных окислительно-восстановительных условиях.
Если соленость воды повышается, то выпадают эвапориты, первичный доломит. В
застойных водах при резко восстановительных условиях известняки частично би-
туминизируются за счет возрастания количества органического вещества, образу-
ется первичный пирит. Приведенные условия осаждения относительны. В прес-
ных озерных водоемах гумидной зоны характерны другие особенности осаждения
с образованием сапропеля, детрита, карбонатов, силикатов. В водоемах протекает
трудно разделимое химико-биологическое осаждение веществ.
124
10.2.1.
Геохимия океанического осадкообразования
Коллоиды речных вод в океане разрушаются морской водой, которая
функционирует как электролит. Происходит их коагуляция, слипающиеся части-
цы опускаются на дно и дают начало морским химическим осадкам в шельфовой
зоне. Из-за различной их устойчивости к разрушению они образуют зоны отложе-
ний в последовательности, указанной на рис. 19.
Рис. 19. Образование осадков на дне водоемов (Н.К.Чертко)
В прибрежно-морской зоне кроме кремния и титана могут формироваться
россыпи
при выветривании материнских пород и руд. Они представлены местами
самородными золотом и платиной, оловом, вольфрамом, ртутью, ниобием, танта-
лом, церием, цирконием. По мере удаления от прибрежной зоны отлагаются
бок-
ситы
, которые сменяются
бурыми железняками
,
марганцевыми рудами
. Перед
склоном океанического дна аккумулируются
фосфориты
и
глаукониты
, на
склоне – батиальные
известково-кремнистые осадки органического генезиса
. На
дне глубоководных впадин, кроме
илов
, образуются
железо
-
марганцевые
конкре-
ции
. В толще океанической коры (придонная часть) формируется местами суль-
фидная минерализация. В местах выхода горячих источников (250 – 350
о
С) встре-
чаются гидротермальные сульфидные постройки, которые содержат
Zn
– 0,2 –
50%,
Fe
– 31,
Cu
– 0,2-20%, а также высокое содержание
Ag, Au, Tl, Сd, Hg, Ni, Sn,
W, U, V.
В железо-марганцевых конкрециях содержание марганца достигает до
50,3%,
Ni
– 2,78,
Cu
–1,90,
Co
– 2,53%, встречаются практически все элементы
(табл. 20).
Глубже 200 м начинается зона глубоководных (пелагических) осадков.
Синий ил
встречается на глубине 200 – 3000м, ближе к континенту или на
дне замкнутых водоемов. Синий цвет обусловлен примесью органического веще-
ства и тонкораспыленных частиц сульфида железа. В него входят раковины фо-
раминифер, примесь диатомового кремния и сероводорода, который осаждает ме-
Формат:
Список
125
таллы в виде сульфидов. Химический состав его близок к составу зеленого ила.
Химические элементы образуют следующий ряд (среднее содержание в процен-
тах):
SiO
2
– 57,08;
Al
2
O
3
– 17,22;
Fe
2
O
3
– 5,07;
FeO
– 2,30;
K
2
O
– 2,25;
M
gO – 2,17;
CaO
– 2,04;
TiO
2
– 1,27;
Na
2
O
– 1,05; P
2
O
5
– 0,21;
MnO
– 0,12.
Зеленый ил
и пески откладываются на глубинах около 1000м. Цвет их обу-
словлен преобладанием в иле зерен глауконита и остатков диатомовых водорос-
лей.
Таблица 20
Химический состав конкреций Мирового океана (Г.Н. Батурин, 2002)
Эле-
мент
Пределы
колебаний
Среднее содержание по океанам, %
Тихий
Индий-
ский
Атланти-
ческий
моря
глубоко-
водные
осадки
Mn
0,04 – 50,3
21,6
15,25
13,25
5,3
0,3
Fe
0,3 –50,0
10,4
14,2
17,0
19,1
3,8
Ni
0,08 – 2,48
0,9
0,43
0,32
0,015
0,010
Cu
0,003 – 1,90
0,6
0,25
0,13
0,003
0,024
Co
0,001 – 2,53
0,26
0,21
0,27
0,01
0,006
Zn
0,01 – 9,0
0,11
0,149
0,123
0,01
0,013
Pb
0,01 – 7,5
0,074
0,1
0,14
0,003
0,004
Mo
0,0007 –
0,22
0,04
0,03
0,037
0,01
0,001
V
0,001 – 0,5
0,05
0,049
0,06
0,035
0,01
Ti
0,01 – 8,90
0,73
0,62
0,42
0,23
0,26
Красные глины
покрывают дно океана на глубинах 4000 – 5000м. По хими-
ческому составу они близки к зеленому и синему илу. Встречаются конкреции
марганца и минералы группы цеолитов. В них может быть примесь карбоната
кальция в виде обломков раковин морских организмов, редко – кости отмерших
животных. Содержание железа может достигать 13,0%, марганца 4,13%, т.е.
больше, чем в изверженных породах.
Среди глубоководных осадков (ила) преобладают отложения органическо-
го генезиса: остатки планктона, морской флоры и фауны. Осадки этого типа пред-
ставлены глобигериновым, птероподовым и коралловым илами, и кремнистые –
радиоляриевыми и диатомовыми илами.
Глобигериновый ил
развит в морских бассейнах на месте встречи теплых и
холодных течений. По химическому составу он близок к составу красных илов с
повышенным содержанием карбонатов кальция и магния (
CaCO
3
+ MgCO
3
–
56,59-80,23%). Птероподовый ил встречается на глубине менее 3000 м.
Коралловые илы
присутствуют на дне океанов вокруг атоллов или изоли-
рованных островов, которые окружены коралловыми рифами.
Радиоляриевый ил
представляет собой красную глину и встречается в
наиболее глубоких местах Индийского и Тихого океанов. В химическом составе
преобладает кремний (
SiO
2
– 52,86%), алюминий (
Al
2
O
3
– 22,28), железо (
Fe
2
O
3
–