О мёссбауэрите из донных отложений пресноводных озер Ильменского заповедника (Южный Урал) Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»



УДК 549(234.853)

О МЕССБАУЗРИТЕ ИЗ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИИ ПРЕСНОВОДНЫХ ОЗЕР ИЛЬМЕНСКОГО ЗАПОВЕДНИКА (10ЖНЫИ УРАЛ)

П. М. Вализер1, Е. П. Щербакова2, Н. К. Никандрова2, А. С. Никандров1, С. Н. Никандров1

1 Ильменский государственный заповедник УрО РАН, Миасс nik@ilmeny.ac.ru 2 Институт минералогии УрО РАН, Миасс sherbakova@mineralogy.ru

Приводятся дополнительные данные о минералах группы фужерита Fe2+6(1_x)Fe3+6xO12H2(7_3x)CO3x3H2O, обнаруженных ранее в донных отложениях озера Большой Таткуль Ильменского заповедника (Южный Урал). Показано, что всё железо в фужеритсодержащих отложениях связано с карбонатной компонентой, а именно с членами группы — требёр-денитом и мёссбауэритом, причем последний образует два различных политипа — 2T и 3Т. Политип 2Т ранее в природе не отмечался.

Ключевые слова: мёссбауэрит-2Т, мёссбауэрит-3Т, требёрденит, рентгеновскаядифрактометрия, озерные мергели, озеро Большой Таткуль, Ильменский заповедник.

ABOUT M0SSOAUERITE FROM THE BOTTOM SEDIMENTS OF THE FRESHWATER LAKES BF TBE ILMEHSKY RESERVE (SOUTH URALS]

P. M. Valizer1, E. P. Shcherbakova2, N. K. Nikandrova2, A. S. Nikandrov1, S. N. Nikandrov1

1Ilmensky State Reserva, UB Rus. Acad. Sci., Miass 2Institute of Mineralogy, UB Rus. Acad. Sci., Miass

Additional data on fougerite group minerals from the bottom sediments of the Bolshoy Tatkul Lake of the Ilmensky Reserve (South Urals) are given. It is shown that in fougerite-bearing sediments all iron is connected with carbonate component namely with such members of the group as trebeurdenite and mossbauerite. The last forms two various polytypes, mossbauerite-2T and mossbauerite-3T. Polytype 2T has not been noted in nature before.

Keywords: mossbauerite-2T, mossbauerite-ЗТ, trebeurdenite, X-raydiffractometry, lacustrine marls, Bolshoy Tatkul Lake, Ilmensky Reserve.

Введение

Мёссбауэрит

Fe3+6O4(OH)8

<CO3*3H2O, требёрденит Fe2+2Fe3+4* xO2(OH)10CO3x3H2O и фужерит

Fe2+4Fe

3+2(OH)12CO3x3H2O впервые

были обнаружены в глеевых почвах Франции, а затем в донных отложениях пресноводных озер Ильменского заповедника (рис.1) [1, 4, 6]. Для их определения были разработаны специальные диагностические модели, адаптированные к различным типам природных систем и основанные на комплексе мёссбауэровских и рентге-нодифракционных данных [2—5]. С целью выявления границ применимо-

сти подобных моделей к системам, в которых помимо фужеритов могут присутствовать и другие минералы железа, нами были проведены дополнительные исследования озерных мергелей из донных отложений озера Большой Таткуль, содержащих ассоциацию требёрденит + мёссбауэрит [1]. Полученные результаты кратко излагаются ниже.

Общая характеристика фужеритсодержащих озерных мергелей

Озерные мергели в свежем виде имеют характерный голубовато-серый

цвет и визуально однородны. По мере высыхания цвет и макроструктура мергелей меняются, голубоватый оттенок исчезает. Полностью высохшие пробы представляют собой неоднородные, окрашенные в светлые желтовато-зеленоватые или зеленовато-сероватые тона агрегаты, в которых отдельные фрагменты индивидов слюды размерами в доли миллиметра сцементированы тонкозернистой глинисто-карбонатной массой. Содержания железа в озерных мергелях изменяются от 3.85 до 4.35 %, что существенно превышает аналогичный показатель для вышележащих сапропелей (рис. 2); соотно-

X

Âecwiutc ИГ Коми НЦ УрО РАН, сентябрь, 2015 г., № 9

шения Бе2+/ (Бе2+ + Бе3+) варьируют в интервале 0.23—0.34.

Для полного удаления карбонатной компоненты проба фужеритсо-держащих мергелей была многократно обработана соляной кислотой. Полученный солянокислый раствор дает положительные реакции на Бе2+ с красной кровяной солью К3[Бе(СК)6 и на Бе3+ с желтой кровяной солью К4[Бе(СК)6. Бескарбонатный остаток состоит из зерен и чешуек светлых безжелезистых минералов — кварца, слюды, полевых шпатов, каолинита. Цветные минералы, в частности хлориты, отсутствуют.

Результаты и их обсуждение

Ключевые линии перечисленных выше минералов определяют общий рисунок дифрактограмм озерных мергелей, который осложняется серией рефлексов слабой интенсивности (рис. 3). Среди них выделяются отражения, которые принято относить к характеристическим для членов группы фужерита. Так, в области 7.32— 7.37 А, на правой стороне каолинито-вого рефлекса локализуется отражение 003, величины межплоскостных расстояний для которого зависят от соотношения Бе2+/ (Бе2+ + Бе3+). При уменьшении доли двухвалентного же-

леза, то есть при переходе от собственно фужерита к мёссбауэриту, они изменяются от 7.57—7.63 А до 7.30—7.34 А [1, 3—6]. Анализ рентгеновских данных показывает, что среди членов группы фужерита, установленных в озерных мергелях Большого Таткуля, преобладает именно мёссбауэрит, который встречается в виде двух различных политипов — 2Т и 3Т (см. таблицу). Следует подчеркнуть, что политип 2Т ранее вообще не отмечался в природе [5].

Выводы

Полученные данные позволяют сделать следующие выводы. В озерных мергелях Большого Таткуля железо связано исключительно с карбонатной компонентой, а именно с представителями группы фужерита — требёрдени-том и мёссбауэритом. Эти минералы кристаллизуются из Бе-содержащих поровых растворов на безжелезистых подложках, роль которых выполняют слоистые силикаты, прежде всего слюды. Образование того или иного политипа определяется, по-видимому, характером и степенью дефектности подложки.

Литература

1. Вализер П. М., Щербакова Е. П., Никандрова Н. К., НикандровА. С., Ни-кандров С. Н. О находках минералов

группы фужерита в пресноводных озерах Ильменского заповедника (Южный Урал) // Вестник Института геологии Коми НЦ. 2012. № 5. C. 6—8.

2. Christiansen B. C., Balic-Zunic T., Dideriksen K., Stipp S. L. S. Identification of green rust in groundwater // Environ. Sci. Techn., 2009. V.43. P. 3436—3441.

3. Génin J.-M. R. From fougerite to mossbauerite through trebeurdenite; redox reactions in gleysols and role of bacteria // Mossbauer Effect Reference and Data Journal. 2013. № 6. P. 113—160.

4. Génin J-M. R.., Guérin O, Herbillon A. J., Kuzman E., Mills S. J., Morin G., Ona-Nguema G., Ruby C., Upadhyay C. Redox topotactic reactions in FeI1-111 (oxy)-hydro xycarbonate new minerals related to fougerite in gleysoils; «trebeurdenite» and «mossbauerite» // Hyperfine interactions. 2012. V. 204. P. 71—81.

5. Génin J.-M. R, Mills S. J., Christy A G., Guérin O., Herbillon A. J, Kuzmann E, Ona-Nguema G., Ruby C., Upadhyay C. Mossbauerite, Fe3+6O4(OH)8x [CO3]3H2O, the fully oxidized 'green rust' mineral from Mont Saint-Michel Bay, France // Mineralogical Magazine. 2014. V. 78. P. 447—465.

6. Mills S. J., Christy A. G., Génin J-M. R., Kameda T., Colombo F. Nomenclature of the hydrotalcite supergroup: natural layered double hydroxides // Min. Mag., 2012. V.76(5). P. 1289—1336.

Рис. 1. Места находок минералов группы фужерита на территории Ильменского заповедника

Fig. 1. Occurrences of fougerite minerals on the territory of Ilmen Reserve

Рис. 2. Распределение железа в донных отложениях оз. Б. Таткуль (РФА, полуколичественный анализ, масс. %)

Fig. 2. Distribution of iron in the bottom sediments of the B. Tatkul Lake XFA, semi-quantitative analysis, % wt)

20 i рад

Рис. 3. Рентгенограмма озерных мергелей из озера Большой Таткуль. Условия съемки: дифрактометр ДРОН-2.0, Cu Ka-излучение, 1 град/мин, аналитик Т. Н. Григорьева (ИГиМ, СО РАН, Новосибирск)

Fig. 3. X-ray pattern of lacustrine marls of the Bolshoy Tatkul Lake. Conditions: DRON-2.0 diffractometer, Cu Ka-radiation,

1 grad/min, analyst T. N. Grigorievf (IGM, SB RAS, Novosibirsk)

Межплоскостные расстояния различных политипов мёссбауэрита Interplanar distances of various mossbaurite polytypes

References

1. ValizerP. M., Shcherbakova E. P., Nikandrova N. K., Nikandrov A. S., Nikandrov S. N. O nahodkah mineralov gruppy fuzherita v presnovodnyh ozerah Ilmenskogo zapovednika (Yuzhnyi Ural) (Findings of fougerite minerlas in fresh water lakes in Ilmen reserve (South Urals). Vestnik of Institute of Geology Komi SC, 2012, No. 5, pp. 6-8.

2. Christiansen B. C., Balic-Zunic T., Dideriksen K., Stipp S.L.S. Identification of green rust in ground-water. Environ. Sci. Techn., 2009, V. 43, pp. 3436-3441.

3. Genin J.-M.R. From fougerite to mossbauerite through trebeurdenite; redox reactions in gleysols and role of bacteria. Mossbauer Effect Reference and Data Journal, 2013, No. 6, pp. 113— 160.

4. Genin J-M.R., Guerin O., Herbillon A. J., Kuzman E., Mills S. J., Morin G., Ona-Nguema G., Ruby C., Upadhyay C. Redox topotactic reactions in Fe II-III (oxy)-hydroxycarbonate new minerals related to fougerite in gleysoils; «trebeurdenite» and «mossbauerite». Hyperfine interactions, 2012, V. 204, pp. 71—81.

1* 2* hkl

d, I d,  I 3T 2T

22.79 80 001

14.49 5 14.11 100 001

7.37 14 7.471 65 003 002

4.715 1 003

3.880 1

3.69 2 3.691 2 006 004

3.211 3 007

3.099 3

2.81 2 2.806 4 008

2.66 5 2.663 4 010 010

2.53 5 2.557 30 012

* 1 — Озерные мергели оз. Б. Таткуль, содержащие мёссбауэрит и требёрденит. Линии главных минералов — кварца, полевых шпатов, мусковита и каолинита — исключены (рис. 3). 2 — Синтетический аналог мёссбауэрита [5].

*1 — Lacustrine marls from the Bolshoy Tatkul Lake including mossbaurite and trebeurdenite. Lines of main minerlas — quartz, feldspars, muscovite and kaolinite — excluded (Fig. 3). 2 — Synthetic analog of mossbaurite [5].

5. Genin J.-M. R, Mills S. J., Christy A. G., Guerin O., Herbillon A. J, Kuzmann E., Ona-Nguema G., Ruby C., Upadhyay C. Mossbauerite, Fe3+6O4(OH)8[CO3]-■3H2O, the fully oxidized 'green rust' mineral from Mont Saint-Michel Bay, France. Mineralogical Magazine, 2014, V. 78, pp. 447—465.

6. Mills S.J., Christy A.G., Génin J-M.R., Kameda T., Colombo F. Nomenclature of the hydrotalcite supergroup: natural layered double hydroxides. Min. Mag., 2012, V.76(5), pp. 1289-1336.

Рецензент к. г. -м. н. Г. Н. Лысюк