CC BY
26
УДК 549.691:549.01
B.C. Урусов, JI.B. Шванская, А.Ю. Бычков, A.B. Мохов, Е.А. Лабутова МИКРОСТРУКТУРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГЕЙЗЕРИТОВ КАМЧАТКИ1
В статье изложены результаты исследования твердых проб гейзеритов из двух современных гидротермальных систем Камчатки: из источников Академии наук и Восточного термального поля кальдеры влк Узон методами инфракрасной спектроскопии, рентгенофазового анализа, электронной микроскопии. Выделены три типа гейзеритов: субаквальные, субаэральные и образованные под поверхностью земли. Все разновидности представлены аморфным опалом, их различия обусловлены формой, размером и характером распределения агрегатов кремнезема. Большинство изученных гейзеритов содержит силифицированные остатки микроорганизмов.
Введение. Кремнезем — один из основных компонентов земной коры. Его растворимость возрастает с увеличением температуры, поэтому термальные воды пересыщаются кремнеземом при их охлаждении вблизи поверхности. Кремниевые кислоты обладают способностью образовывать пересыщенные растворы, которые устойчивы длительное время, причем из них осаждаются не кристаллические, а аморфные фазы. Влияние состава раствора на устойчивость ме-тастабильного истинного и коллоидного раствора кремнезема изучено еще недостаточно. Пересыщение термальных вод относительно кварца наблюдается практически во всех термальных системах мира, из этих растворов под воздействием ряда факторов отлагаются гейзериты (кремнистые туфы). В основном они состоят из аморфного опала, наблюдаются также тридимит, кристобалит и кварц, как правило, в подвергшихся перекристаллизации отложениях, а также следы пирита, гипса, глинистых минералов.
Для отложений гейзеритов в зависимости от места, условий, химического состава среды их формирования характерно большое разнообразие текстур: от типичных мелоподобных рыхлых или консолидированных толщ до экзотических — таблитчатых, игольчатых, куполо- и колонноподобных, а также имеющих форму сосновых шишек (pine-cone) [Gottlicher, 1998; Campbell, 2002]. Морфологические формы, имеющие слоистую структуру и содержащие разнообразные силифицированные остатки микроорганизмов (бактерий, цианобактерий и диатомей) [Campbell, 2002; Jones, 1997; Konhauser, 2001], называют микростроматолитами [Jones, 1997].
Особое внимание к происхождению и структуре кремнистых отложений термальных источников вызвало обнаружение морфологического сходства отложений кремнезема из Йеллоустонского национального парка с докембрийскими строматолитами — орга-носедиментарными структурами, образующимися при отложении карбонатных осадков в результате жизнедеятельности микроорганизмов [Walter, 1972; Walter, 1976]. Однако долгое время их происхождение
связывали с абиогенным процессом. И только спустя десятилетия исследования с привлечением методов электронной микроскопии показали [Cady, 1996; Jones, 1997], что в большинстве отложений горячих источников, включая и гейзериты, содержатся мик-рофоссилии. Следует отметить, что идентификация микроорганизмов затруднена в связи с различной степенью их сохранности при замещении кремнеземом.
Кроме того, экспериментальные данные [Jones,
2004] по силификации микробов в бассейне йодной геотермальной области Ваймангу в Новой Зеландии показали, что наряду с силифицированными и частично силифицированными микробами в отложениях кремнезема присутствуют псевдофиламенты, которые образованы агрегатами из сферических частиц опала, конденсированных на нитях слизи, т.е. в ряде случаев затруднительно определить биогенное или абиогенное происхождение опала. В работах [Guidry, 2003; Inagaki, 2003] показано, что пленки микроорганизмов способствуют отложению кремнезема из пересыщенных растворов, формируют специфические структуры опала. Подобная совместимость неорганического материала (опала) с органическим веществом особенно активно изучается в последнее время [Самойлович,
2005].
Таким образом, согласно литературным данным, отложения опалов из термальных источников весьма разнообразны, их формирование может быть связано как с биогенными и абиогенными процессами, так и с их комбинацией [Jones, 2003b; Guidry, 2003].
В нашей стране отложения термальных источников Камчатки впервые были описаны в работах [На-боко, 1954; Устинова, 1955] и долгое время не вызывали особого интереса ввиду их малой распространенности в геологическом масштабе. Позже, когда была показана связь гейзеритов с золоторудными месторождениями [Карпов, 1988], эти отложения снова привлекли внимание исследователей. В ряде последних работ представлены результаты исследования микроорганизмов, обитающих в термальных об-
1 Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 05-05-64721) и Программы поддержки ведущих научных школ (НШ-8091.2006.5).
Каталог образцов гейзеритов
Твердые пробы гейзеритов из источников Академии наук вблизи оз. Карымское
№ п/п № пробы Место отбора Описание образца
1 КМТ-16/3/05 1 термальный ручей, русло Светлый, крошащийся, неслоистый**
2 КМТ-16/2/05 1 термальный ручей, исток Розовато-белый, плотный**
3 КМТ-15/05ж Источник "Печка" Серый, загрязненный примесями глины**
4 КМТ-15/01/05 Источник "Печка" Бело-серый, плотный**
5 КМТ-12/05 Гейзер Старый Коричневатая корочка на породе*
6 КМТ-09/05 Гейзер Новый Серо-белый, слоистый плотный**
7 КМТ-08/4/05 Гейзер Новый Корочка на породе*
Образцы древних гейзеритов (субаквальные) из обнажения на берегу оз. Карымское
8 КМТ-1пг/05 3 м выше уреза воды Белый прослой мощностью 4 см
9 КМТ-2пг/05 Выше на 1,5 м по разрезу Серо-белый, слоистый
10 КМТ-Зпг/05 Выше на 1,5 м по разрезу Серо-белый, плотный, слоистый
11 КМТ-4пг/05 Выше на 1 м по разрезу Серо-белый, слоистый
12 КМТ-5пг/05 Выше на 1,7 м по разрезу Светлый, хрупкий, с неясной слоистостью, пористый
13 КМТ-6пг/05 Выше на 1 м по разрезу Серо-белый, слоистый: плотные и более пористые слои
Восточное термальное поле Кальдеры Узон (субаэральные)
14 И-28г II участок Корочки вокруг кипящих термальных выходов
15 И-31г I участок Корочки серого цвета (пиритизированный)
16 И-32г I участок Корочки желтого, серого цвета
Кальдера Узон (разрез восточного термального поля)
17 20/5 II участок, глубина 40— 50 см Натеки и почки на гравии
*— Гейзерит субаэрального типа; ** — гейзерит субаквального типа.
ластях, а также их силифицированных остатков [Бонч-Осмоловская, 1999; Жегалло, 2007]. К настоящему времени не существует ни одной работы по петрографическому и минералогическому исследованию гейзеритов Камчатки.
Описание образцов. Исследованные нами гейзериты отобраны из отложений двух современных гидротермальных систем Камчатки: из источников Академии наук и Восточного термального поля кальдеры влк Узон. Описание и каталогизация образцов приведены в таблице.
Первая группа образцов собрана из отложений источников Академии наук на берегу оз. Карымское. Термальные источники здесь расположены на высоком берегу озера на террасе, образованной древними гейзеритами. Образцы отобраны вокруг ванн гейзеров и пульсирующих источников и на сливе воды из них. Они представляют собой мелоподобные натеки, слоистые, мягкие, белого и серого цвета. Из глубины разреза гейзеритовой постройки отобран ряд образцов древних гейзеритов. Они отличаются большей плотностью, имеют заметную слоистость с волнообразными складками, кремовый, белый цвет.
Восточное термальное поле кальдеры влк Узон расположено на ровной площадке, сложенной аллювиальными гравийно-глинистыми отложениями. В отличие от источников Академии наук, в кальдере влк Узон из термальных растворов происходит выпадение сульфидов железа, мышьяка и сурьмы. Пробы гейзеритов отобраны из отложений вокруг источников — это корочки, щетки, пленки, цементирующие гравий разнообразного цвета (белого, желтого, розового и темно-серого). Как правило, цвет гейзерита обусловлен примесью сульфидов и элементарной серы. Другая группа образцов отобрана из глубины (40— 50 см) гравийных отложений и представляет собой почковидные натечные формы темно-серого, почти черного цвета, с раковистым изломом.
При отборе гейзеритов выделено несколько генетических типов, имеющих четкие различия по морфологии и положению в зонах разгрузки гидротермальных растворов:
1) субаэральные образования формируются в воздушной среде вокруг гейзеров, термальных источников и на парящих площадках. Капиллярное поднятие и активное испарение приводят к быстрому отложению гейзерита в виде бугристых, игольчатых отложений на границе раздела раствор—воздух. Периодическое орошение особенно характерно для гейзеров и пульсирующих источников, где формируются конические постройки вокруг центральной ванны и шлейф в области выброса воды. Субаэральные гейзериты отлагаются с высокой скоростью — от нескольких миллиметров до нескольких десятков миллиметров в год. К субаэральным гейзеритам можно отнести и кремнистые корки, которые образуются на парящих термальных площадках за счет капиллярного поднятия воды. Главный фактор отложения гейзеритов этого типа — испарение воды с поверхности;
2) субаквальные гейзериты формируются на дне водотоков с термальной водой. Для них характерно слоистое строение, гладкая поверхность, осложненная знаками ряби и течения. В зависимости от скорости течения изменяется плотность гейзеритов: при большой скорости течения формируются, как правило, более плотные образования, в условиях стоячей воды часто возникают рыхлые, иногда порошкообразные и даже гелевые отложения. Для плотных суб-аквальных гейзеритов характерна низкая скорость роста, как правило, не превышающая 1 мм/год, что определено по нарастанию кремнезема на различные
подложки. Главный фактор отложения субакваль-ных гейзеритов — старение пересыщенных растворов, сопровождающееся выпадением коллоидов кремнезема;
3) третий тип гейзеритов формируется в условиях смешения вод различного состава в водной среде или в толще проницаемого грунта. Они образуют постройки вокруг выходов термальных вод в холодных водоемах, валы и стенки в зонах смешения вод, а также пластовые тела в грунте. Гейзериты этого типа менее изучены, поскольку труднее доступны для наблюдения и опробования.
В исследованной коллекции представлены гейзериты всех трех типов.
Методы исследования. Рентгенофазовый анализ всех образцов проводился на дифрактометре ДРОН-УМ1 (СоК-излучение, А, = 1,7889; Fe-фильтр, при непрерывном сканировании).
ИК-спектры поглощения гейзеритов измерялись для порошковых препаратов на подложке из 1800 КВг в интервале частот 3800-3000 и 1800-400 см~> на инфракрасном спектрофотометре Specord-75IR и Фурье-спектрометре ФСМ 1201.
Электронно-микроскопические исследования образцов сделаны на сканирующем электронном микроскопе JSM-5610LV с энергодисперсионным спектрометром JED 2300, в низковакуумном режиме, без предварительного напыления образца, а также на сканирующем электронном микроскопе марки Cam Skan 4 с совмещенным микроанализатором (одноплатным спектрометром) Sbs 50М НПО ЮНИ-Экс-перт; напыление образца — никель.
Результаты исследований. Основной задачей нашей работы было исследование минеральных форм отложений кремнезема, определение их структурно-морфологических особенностей и выявление связи с условиями формирования.
По данным рентгенофазового анализа все исследованные образцы принадлежат к группе аморфных опалов (опал-А): на дифрактограммах наблюдается широкое размытое воздымание — гало — в области ~4А. Никаких дополнительных пиков, отвечающих кристаллическим фазам (кристобалит, тридимит, кварц), как для современных гейзеритов, так и для древних не обнаружено.
Основные полосы поглощения, присутствующие во всех инфракрасных спектрах изученных образцов, — широкие размытые полосы около 1100, 800, 470 см-1 (рис. 1, а). Типично также присутствие широких полос поглощения с максимумами около 3400, 3200 и 1640 см-1 (рис. 1, б), обусловленных ОН-валентными (асимметричными и симметричными) и деформационными колебаниями молекул воды. Кроме того, наблюдаются слабые размытые полосы около 3750 см-1, которые можно отнести к валентным колебаниям ОН-изолированных силанольных Si—ОН групп [Kronenberg, 1994]. Слабая полоса около 3650 см-1 характерна для ОН-валентных колебаний силанольных групп, связанных водородной связью с другими силанольными группами или молекулами воды. Во
Рис. 1. ИК-спсктры гейзеритов из термальных источников Камчатки: а - область 400-1800 см-1; б - область 3000-3800 см-1
всех спектрах обнаружено наличие плеча в области 960 см-1, связанного с ОН-деформационными колебаниями. Подобные полосы поглощения присутствуют в отложениях биогенного опала из морской воды океанов [Плюснина, 2004].
По мнению И.И. Плюсниной [Плюснина, 1973], при изменении термодинамических условий для ме-тастабильных модификаций кремнезема наиболее вероятно изменение угла самых гибких мостиковых 51— 0—51 связей. В серии образцов древних гейзеритов с глубиной (вниз по разрезу) наблюдается увеличение интенсивности полосы -800 см-1 (рис. 2), отвечающей за валентно-симметричные колебания 51—0—51. Кроме того, прослеживается расширение полосы поглощения в области 1100 см-1, уменьшение интенсивности полосы ~560 см-1 (тридимитовый след), что может свидетельствовать о перестройке угла связей 51-0-51 по типу тридимит ^ кристобалит, т.е. о стремлении мостика 51—0—51 к линейной конфигурации.
Рис. 2. ИК-спектры древних гейзеритов из термальных источников Камчатки (область 400—1800 см ')
Рис. 3. Биогенная микроструктура современных гейзеритов субаквального происхождения (обр. КМТ-15/01/05): а — силифи-цированныс нитевидные микроорганизмы; о — выстилание глобулами опала внутренних частей бактериальных нитей; в — срез бактери-
---—— ——- —. —. альной нити, видно три слоя окремнения;
г — поперечный срез нитевидного микроорганизма, видно кольцевое пространство между внешней зоной окремнения и стенкой бактериальной нити; д — ситообразная микротекстура
Под электронным микроскопом в изучаемых образцах явно наблюдались две морфологические формы кремнезема: 1) сферические частицы, 2) плотная стекловидная масса. Сферические частицы представляют собой глобули кремнистых кислот, осажденные из раствора. Наибольшие различия в строении гейзеритов проявляются во взаимном расположении и размерах этих глобулей.
Микроструктуры современных образцов субаквального происхождения (обр. КМТ-09/05, КМТ-15/01/05) имеют четкие следы биогенной природы. На рис. 3, а представлен агрегат асинхронно образованных и в различной степени фоссилизированных нитевидных форм Суапоргосагуом. На внутренних и внешних поверхностях окремнелых трихов формируется агрегат микроглобул кремнезема размером ~900 нм (рис. 3, б). На срезах бактериальных нитей с внутренним диаметром 1,9—3,74, реже 5,1—7,5 мкм, можно различить два (реже три) слоя окремнения (рис. 3, в). Внутренние слои имеют массивную текстуру, тогда как внешние — глобулярную. На рис. 3, г видно широкое (0,7—1,4 мкм) кольцевое пространство между внешней зоной окремнения и стенками бактериальных нитей. Возможно, это является ре-
роструктуры: нитевидные агрегаты длиной от 5 до 80 мкм из сферических частиц опала-А размером ~1 мкм, характерны как высокопористые, так и плотные, конденсированные области. В плотных слоях этих гейзеритов оболочки микроорганизмов выстилаются глобулами аморфного опала, в то время как пространство между ними заполнено стекловидной массой кремнезема (рис. 4).
Электронно-микроскопические исследования образцов гейзеритов субаэрального типа показали большее разнообразие микротекстур и остатков микроорганизмов. Для них характерны таблитчатые (рис. 5) и конусообразные формирования (рис. 6, я), главной особенностью которых является тонкослоистая структура. Она представляет собой чередование двух различных слоев: плотного, с раковистым изломом (без видимых признаков биологической составляющей), и более пористого слоя, как правило, обогащенного остатками силифицированных микроорганизмов.
На рис. 6 показаны общий внешний вид (а) и поперечное сечение (б) "конусообразных щеток" в обр. КМТ-12/05. На изломе (в разрезе) каждый конус имеет концентрическое строение. Более плотный, стекловидный с раковистым изломом слой чередуется с более пористым. В последнем минимальный размер глобул кремнезема ~300 нм. Плотный слой, по-видимому, образовался в условиях более низкого пересыщения раствора. Следы биогенного происхождения визуально не выявлены. По данным качественного микроспектрального химического анализа в пористой части обнаружено значительное количество А1, что может свидетельствовать о присутствии глинистого (терригенного) материала и низкой скорости отложения кремнезема.
зультатом деструкции органического вещества водорослей в процессе их изменения [Жегалло, 2007].
Реже встречаются участки сито-образной текстуры, на которых развиты, как правило, короткие нити и агрегаты глобулярных микроскоплений (рис. 3, д). Размеры глобул в среднем 1,28—1,44 мкм, длина нитей ~9 мкм, иногда они уплощены по продольной оси. Похожие биогенные микроструктуры описаны в литературе, например для отложений источников Йеллоустонск-ого национального парка (США) [Inagaki, 2003].
В образцах древних гейзеритов также наблюдались биогенные мик-
Биогенный слой обр. И-32г состоит из хорошо сохранившихся окремненных остатков микроорганизмов различного вида. Их панцири имеют ряды квадратных и круглых отверстий диаметром ~6 мкм (рис. 7, а). Кроме того, присутствуют обломки раковин, по-видимому, диатомовых пеннатных водорослей. Стекловидная масса аморфного опала выстилает их створки. Существенно биогенный пористый слой чередуется с более плотным и массивным (рис. 7, б). Интересно отметить наличие кольца мелкодисперсного пирита шириной до 6 мкм. Фрамбоидальные агрегаты пирита могут быть продуктами замещения микроорганизмов в анаэробных условиях при высокой температуре [Inagaki, 2003].
Большая часть породы обр. И-28г состоит из маленьких скорлупок (рис. 8, о), представляющих собой сплюснутые сферы размером ~2,5—3 мкм с выемкой и толщиной стенок ~400 нм, большая часть сфер надломана. По-видимому, это остатки коккоидных бактерий. Подобные силифицированные формы микроорганизмов меньших размеров наблюдались в отложениях горячего источника Бассейн Шампанского (Вайтапу, Новая Зеландия) [Jones, 2001].
Остатки диатомовых водорослей особенно ярко видны на рис. 8, б (обр. И-28г), они представляют собой створку раковины, довольно хорошо сохранившуюся в породе. Наблюдаемые агрегаты кремнезема в рассматриваемом образце субаэрального типа имеют размер <500 нм (рис. 9), при достигнутом разрешении невозможно судить об их форме. На рис. 10, в видны синезеленые водоросли и довольно отчетливо наблюдается их
Рис. 4. Микроструктура образцов древних гейзеритов из обнажений на берегу оз. Карымское: силифицированные филаментные микроорганизмы плотного слоя
Рис. 5. Таблитчатая текстура гейзеритов субаэрального типа (обр. КМТ-08/4/05)
клеточная структура.
Гейзериты из разреза гравийных отложений представляют собой опа-ловидные натечные формы (рис. 10, а) и имеют глобулярное строение, состоят из коллоидных частиц 5Ю2 различного размера как практически идеальной сферической формы, так и сплющенных. Диаметр частиц варьирует от 0,7 до 10 мкм. Крупные глобулы имеют иерархическую структуру (рис. 10, б), т.е. состоят из нескольких частиц меньшего диаметра. Сколовая поверхность этих форм имеет абсолютно сглаженный вид и не несет никаких следов, отражающих внутреннюю структуру.
Обсуждение результатов. Большое разнообразие наблюдаемых морфологических форм отложений кремнезема из горячих источников на Камчатке и во всем мире связано с различными условиями стадийного (поэтапного) процесса (нуклеация, полимеризация, коагуляция, осаждение) преобразования кремнистых кислот при старении пересыщенных растворов. Вариации температуры, кислотности среды, наличие примесей (как химических, так и механических), изменение скорости потоков, наличие микроорганизмов и пр. приводят к образованию на нано- и микроуровнях различных форм опала-А, что в итоге
Рис. 6. Конусообразная текстура гейзерита субаэрального типа (обр. КМТ-12/05): а — общий вид; о — поперечное строение "конуса"; видно чередование плотного и пористого
слоев
делает каждый осадок уникальным. В работе [Jones, 2003а] выделены три формы опала-А: 1) сферические частицы (глобули), образованные из сильнопересы-щенных растворов вследствие полимеризации; 2) опал, замещающий органический материал; 3) опал, заполняющий поровое пространство как цемент. Такая классификация позволяет описать любую микроструктуру гейзерита и предположить механизм его образования.
Все исследованные нами гейзериты состоят из аморфного опала и отличаются размерами и распределением частиц кремнезема, наличием силифициро-ванных остатков микроорганизмов.
Во всех образцах субаквального типа визуально мы наблюдали присутствие остатков микроорганизмов как в плотных, так и в пористых слоях отложе-
Рис. 7. Микротскстура гейзерита субаэрального типа из кальдеры нлк Узон (обр. И-32г): а — силифицированныс остатки микроорганизмов; б — чередование слоев высокопористых (существенно биогенных) и стекловидных; стрелкой показано кольцо мелкодисперсного пирита
ния. Глобули кремнезема конденсируются и на внутренних, и на внешних поверхностях оболочек микроорганизмов. Это позволяет предположить, что основным механизмом их образования является улавливание коллоидных частиц кремнезема поверхностью водорослей и бактерий с последующим заполнением пространства между ними плотным опалом, выступающим в роли цемента. Степень заполнения порового пространства между окремненными микроорганизмами приводит к наблюдаемой слоистости осадка. По-видимому, заполнение межпорового пространства опалом—цементом может происходить как в результате фильтрации растворов сквозь первично осажденную пористую породу [Jones, 2003«], так и в условиях изменения концентрации кремнезема в первичном растворе [Айлер, 1982J, например в результате изменения режима термального источника. Размер наблюдаемых глобулей кремнезема субаквальных гейзеритов составляет ~1 мкм, причем упорядоченные структуры не возникают.
Опалы субаэральных образцов состоят из частиц кремнезема, размер которых в 2 раза и более меньше
размеров глобулей гейзеритов субак-вального типа. Это может быть связано с механизмом их образования: быстрое испарение термальной воды не способствует созреванию коллоида кремниевых кислот. Для субаэральных гейзеритов также характерно слоистое строение: чередование плотного стекловидного и пористого слоев. Пористый слой в исследованных нами образцах может характеризоваться как высоким количеством силифицированных остатков микроорганизмов, так и их отсутствием. Следует отметить, что толщина слоев выдержана по разрезу и для разных термальных систем. Эта особенность текстуры одинакова как для гейзеров, так и для пульсирующих источников и, следовательно, не связана с периодическими извержениями и орошениями. Авторы работ [Hindman, 1996; Lowe, 2003J связывают слоистость с сезонными флуктуациями температуры, скорости потока, уровня воды, а также с сезонными изменениями биологической активности [Kon-hauser, 2001J.
Так, интенсивный рост микроорганизмов в течение весенне-летнего периода позволяет им сохранять высокий темп силификации, Рис. 8. Разнообразие силифицированных что способствует отложению крем-микроорганизмов гейзерита субаэрального незема на их оболочках. В темный
типа (обр. и-28г): а - остатки коккоидных осенне-зимний период медленного бактерий; б — створка диатомовой водоросли;
в - синсзслсныс водоросли Р°ста живых организмов накопле-
ние осадка происходит преимущественно абиогенно. С наступлением благоприятных условий колония микроорганизмов возобновляет свою жизнедеятельность.
Образование плотного стекловидного слоя связано с низким пересыщением растворов кремнеземом, в результате чего не происходит полимеризация мономерной кремниевой кислоты (не образуются глобулы опала) и кремнезем отлагается непосредственно в виде плотной стеклообразной массы [Айлер, 1982J. При этом осаждение кремнезема может инициироваться присутствием частиц глинистых минералов, что подтверждается увеличением концентрации AI в стекловатом слое одного из исследованных нами образцов по данным качественного микрорентгено-спекгрального анализа.
Субаэральные гейзериты из Восточного термального поля кальдеры влк Узон отличаются от таковых из источников Академии наук наличием разнообразных остатков микроорганизмов: коккоидных бактерий, синезеленых водорослей, диатомей, что связано, по-видимому, с различными условиями осадкона-копления. Поверхности формирования карымских
Рис. 9. Агрегаты кремнезема гейзерита субаэрального типа (обр. И-28г)
Рис. 10. Опаловщшая натечная текстура гейзерита из разреза гравийных отложений (обр. 20/5): а — общий вид; о — глобулы 5Ю2 опала-А (стрелкой показана частица, имеющая
иерархическое строение)
субаэральных гейзеритов характеризуются чередованием обильного орошения и продолжительного полного осушения. Быстрое испарение пленки воды не способствует росту и развитию биопленок. В результате этого осаждение кремнезема происходит абиогенно. В кальдере влк Узон поверхность практически постоянно смочена водой за счет капиллярного поднятия, что создает благоприятные условия для жизнедеятельности микроорганизмов. Быстрое испарение может приводить к осаждению более мелких глобулей кремнезема, чем при субаквальных условиях состаренного коллоида, на оболочках микроорганизмов. В случае полного испарения пленки воды и (или) в результате замедления жизнедеятельности (гибели) микроорганизмов кремнезем отлагается в виде стеклообразной массы.
В опалах из разреза Восточного термального поля нет явного влияния микроорганизмов на отложение кремнезема. На поверхности почковидных, натечных форм гейзеритов наблюдаются глобули опала различного диаметра (от 700 нм до 10 мкм). На сколе эти образования характеризуются абсолютно сглаженной, стеклоподобной поверхностью. Ямки природного
травления кислотами, зафиксированные на аналогичных отложениях в Вулканической зоне Таупо (Новая Зеландия) [Jones, 2003о], имеют концентрическое строение и, следовательно, образуются в результате последовательного наращивания слоев от ядра к периферии. Со временем заполнение пустот между гло-булями опалом-А приводит к образованию гомогенной массы опала без видимых следов глобулярного строения. Увеличение размера глобулей, по-видимому, может происходить и в результате слипания более мелких индивидов, т.е. по механизму иерархической агрегации [Камашев, 2006].
Различные размеры глобулей также не позволяют в этих условиях сформировать упорядоченную структуру опала. Формирование частиц кремнезема разного размера связано с их образованием на геохимическом барьере при градиентах pH, температуры и других параметров [Бычков, 1995]. Изменение физико-химических параметров среды в ограниченной области приводит к тому, что в формировании гейзеритов участвуют частицы различной степени созревания.
Заключение. Исследование кремнистых отложений из двух термальных полей Камчатки позволило сделать следующие основные выводы.
Основное вещество всех разновидностей гейзеритов представлено опалом-А. ИК-спектры гейзеритов идентичны спектрам отложений биогенного опала из морской воды океанов.
Опалы гейзеритов, образованных в субаквальных условиях, состоят из глобулей кремнезема, средний размер которых ~1 мкм. Для них характерно обилие силифицированных остатков микроорганизмов.
Гейзериты, образованные в субаэральных областях, характеризуются слоистым строением — чередованием плотных и пористых зон. В пористых зонах отмечаются силифицированные остатки микроорганизмов. Размер наблюдаемых частиц кремнезема <500 нм.
Опалы, образованные в толще термального поля, состоят из глобулей, размер которых варьирует в широких пределах — от 700 нм до 10 мкм. Упорядоченные структуры не обнаружены.
Авторы выражают благодарность B.C. Куражков-ской за проведение ИК-спектроскопических исследований и помощь в обработке полученных результатов, а также Г.А. Карпову за проведение электронно-микроскопических исследований.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ашер Р. Химия кремнезема. М.: Мир, 1982.
2. Бот-Осмоловская Е.А., Мирошниченко МЛ., Слобод-кин А. И. и др. Биоразнообразие анаэробных литотрофных прокариот в наземных гидротермах Камчатки // Микробиология. 1999. Т. 68. С. 398-406.
3. Бычков А.Ю. Геохимическая модель современного рудообразования в кальдере Узон: Автореф. канд. дис. М., 1995.
4. Жегамо Е.А., Карпов Г.А., Лупикина Е.А. и др. Фосси-лизированная альго-бактериальная флора гейзеров Камчатки // Альгология. 2007. Т. 17, № 1. С. 88-92.
5. Камашев Д.В. Экспериментальное моделирование процессов образования надмолекулярных структур кремнезема // Электронный научно-информационный журнал "Веся-ник Отделения наук о Земле РАН". 2004. № 1 (22).
6. Карпов Г.Л. Современные гидротермы и ртутно-сурь-мяно-мышьяковое оруденение. М.: Наука, 1988.
7. Набоко С. И. Гейзеры Камчатки // Тр. лаб. вулканологии АН СССР. Вып. 8. 1954. С. 126-210.
8. Плюснина И.И. Инфракрасные спектры минералов. М.. 1973.
9. Плюснина И.И. Физико-химические особенности эволюции дисперсных систем в корах выветривания, в се-дименто- и литогенезе. Архангельск: Поморский университет, 2004.
10. Самойлович М.И., Сергеева Н.С., Белянин А.Ф. и др. Трехмерные матрицы на основе кубических упаковок на-носфер Si02 как основа биосовместимых материалов для клеточных структур // Высокие технологии в промышленности России. М.: Техномаш, 2005. С. 99—107.
11. Устинова Т.И. Камчатские гейзеры. М.: Госгеогра-физдат, 1955.
12. Cady S.L., Farmer J.D. Fossilization processes in siliceous thermal springs: trends in preservation along thermal gradients // Evolution of Hydrotermal ecosystems on Earth (and Mars?). Ciba Foundation Symposium. Chichester, 1996. P. 150—170.
13. CampbellКA., Rodgers KA., Brofheridge J.M.A., Browne PR.L. An unusual modem silica-carbonate sinter from Pavlova spring, Ngatamariki, New Zealand // Sedimentology. 2002. Vol. 49. P. 835-854.
14. Göttlicher J., Pentinghaus H.J., Himmel В. On the mi-crostructer of geyserites and Hyalites, natural hydrous forms of silica // J. of Sol-Gel Science and Technology. 1998. Vol. 13. P. 85-88.
15. Guidry S.A., Chafetz H.S. Siliceous shrubs in hot springs from Yellowstone National Park, Wyoming, USA // Canad. J. of Earth Sei. 2003. Vol. 40. P. 1571-1583.
16. Inagaki F., Motomura K, Ogata S. Microbial silica deposition in geothermal hot waters // Appl. microbiol. biotech-nol. 2003. Vol. 60. P. 605-611.
17. Hinman N. W., Lindstrom R.F. Seasonal changes in silica deposition in hot spring systems // Chemical Geology. 1996. Vol. 132. P. 237-246.
18. Jones B., Konhauser K.O., Renaut R.W., Wheeler R.S. Microbial silification in Iodine Pool, Waimangu geothermal area, North Island, New Zealand: implications for recognition and identification of ancient silicified microbes // J. of the Geol. Soc. London. 2004. Vol. 161. P. 983-993.
19. Jones B., Renaut R. Hot spring and geyser sinter: the integrated product of precipitation, replacement, and deposition // Canad. J. of Earth Scien. 2003a. Vol. 40. P. 1549-1569.
20. Jones B., Renaut R.W., Rosen M.R. Biogenicity of silica precipitation around geysers and hot-springs vents, North Islands, New Zealand // J. of Sedimentary Res. 1997. Vol. 67. P. 88-104.
21. Jones B., Renaut R. W., Rosen M.R. Biogenicity of gold-and silver- bearing siliceous sinters formong in hot (75°C) anaerobic spring-water of Champagne Pool, Waiotapu, North Islands, New Zealand // J. of the Geol. Soc. London. 2001. Vol. 158. P. 895-911.
22. Jones B., Renaut R. Petrography and genesis of spicular and columnar geyserites from the Whakarewarewa and Orakeik-orako geothermal areas, North Island, New Zealand // Canad. J. of Earth Scien. 2003b. Vol. 40. P. 1585-1610.
23. Konhauser K.O., Phoenix V.R., BottrellS.H. etal. Micro-bial-silica interactions in Icelandic hot spring sinter: possible analogues for some Precambrian siliceous stromatolites // Sedimentology. 2001. Vol. 48. P. 415-433.
24. Kronenberg A.K Hydrogen speciation and chemical weakening of quartz. Silica physical behavior, geochemistry and materials applications // Rev. in mineralogy. 1994. Vol. 29. P. 122-147.
25. Lowe D.R., Braunstein D. Microstructure of hight-tem-perature (>73°C) siliceous sinter deposited around hot springs and geysers, Yellowstone National Park: the role of biological and abiological processes in sedimentation // Canad. J. of Earth Sci. 2003. Vol. 40. P. 1611-1642.
26. Walter M.R. A hot spring analog for the depositional environment of Precambrian iron formations of the lake Superior Region // Economic Geology. 1972. Vol. 67. P. 965-980.
27. Walter M.R. Geyserites of Yellowstone National Park: An example of abiogenic stromatolites // Stromatolites / Developments in Sedimentology, N 20. Amsterdam, 1976. P. 87—112.
Поступила в редакцию 29.06.2007
