CC BY
118
УДК 549+550.4 (234.853)
о находках железо-марганцевых конкреций в пресноводных озерах ильменского заповедника (южный урал)
П. М. Вализер1, Е. П. Щербакова2, Т. Н. Мороз3, А. С. Никандров1, С. Н. Никандров1
1Ильменский гос. заповедник УрО РАН, Миасс, [email protected],
2Институт минералогии УрО РАН, Миасс, [email protected],
3Институт геологии и минералогии СО РАН, Новосибирск, [email protected]
Кратко охарактеризованы железо-марганцевые образования (ЖМО) из озер Большой Кисегач и Большое Миассово на территории Ильменского заповедника (Южный Урал). Даны сведения об их морфологии, химическом и минеральном составе. Установлено, что ЖМО из оз. Большое Миассово являются гидроксидно-карбонатными и отличаются повышенными содержаниями марганца, бария, титана и ванадия.
Ключевые слова: железо-марганцевые образования, гидроксиды марганца, гидроксиды железа, карбонаты, озеро Большое Миассово, Ильменский заповедник.
about the FiNos of ferromanganese coHGRETiDHs iN THE FRESHWATER LAKES of the ilMEHSKY RESERVE (SOUTH URAl)
P. M. Valizer1, E. P. Shcherbakova2, T. N. Moroz3, A. S.Nikandrov1, S. N. Nikandrov1
1Ilmensky State Reserve, UB Rus. Acad. Sci., Miass,
2Institute of Mineralogy, UB Rus. Acad. Sci., Miass,
3Institute of Geology & Mineralogy, SB Rus. Acad. Sci., Novosibirsk
Ferromanganese formations from the Lakes Bol’shoy Kisegach and Bol’shoe Miassovo of the Ilmen Reserve (South Urals) are shortly characterized. Data on its morphology, chemical and mineral composition are given. Ferromanganese formations from Lake Bol’shoe Miassovo consist of hydroxide and carbonate minerals, and are distinguished by high contents of Mn, Ba, Ti, V.
Keywords: ferromanganese formations, manganese hydroxides, iron hydroxides, carbonates, Lake Bol’shoe Miassovo, Ilmensky Reserve.
Железо-марганцевые образования (ЖМО), корки и конкреции, найдены во многих пресноводных озерах Северной Америки, Европы, Африки, Азии; а также в аналогичных водоемах на северо-западе России и в Байкале [2, 3, 9—13]. В 1978 г. впервые были опубликованы сведения о ЖМО из озера Большой Кисегач, расположенного на территории Ильменского заповедника на Южном Урале [8]. Почти 20 лет спустя, в 1996 г., ЖМО были обнаружены еще в одном заповедном озере — Большое Миассово [4]. Еще позднее, в 2006—2007 гг., здесь были проведены специальные водолазные работы, в ходе которых со дна озера было извлечено большое количество разнообразных по форме и размерам ЖМО
[5]. В 2011 г. было начато детальное изучение их структуры и состава, первые результаты исследования излагаются в настоящей статье.
Озеро Большое Миассово расположено в центральной части заповедника, имеет сложную удлиненно-
56’
овальную форму: вытянуто в меридиональном направ лении на 8 км при сред ней ширине 1.5 км. (рис. 1). Максимальная глубина око ло 25 м, средняя — 11.2 м Площадь водного зерка ла 11.4 км2, площадь водо сбора достигает 160 км2 и сложена различными мета морфическими и магматиче скими породами, от гранитов и миаскитов до ультрабазитов и мраморов. Общая минерализация — 183—240 мг/л; воды относятся к ги дрокарбонатному классу смешан ного катионного состава при незна чительном преобладании кальция [1, 7]. Находки ЖМО тяготеют к че тырем основным площадкам в вос точной и западной частях озера на глубинах 5—8 м [5].
Рис. 1. Схематическая батиметрическая карта озера Большое Миассово (Южный Урал) с указанием мест обнаружения железо-марганцевых образований
Морфология миассовских ЖМО типична для озерных образований [9—13]. Выделяются ЖМО, развитые на природных и антропогенных субстратах, и ЖМО без видимых следов субстрата. К первой группе относятся налеты на камнях, деревьях, металлах; корки-псевдотрутовики, нарастающие на обломках пород; каймы обрастания глыб и галек, мономинеральных или представленных породами гранитного состава. Каймы фестончатые, зональные, с чередованием марганцовистых и железистых прослоев; мощность их связана с размерами ядер-субстратов, которые достигают 25—30 см (рис. 2, а). Корки-псевдотрутовики в диаметре не превышают 10 см, имеют слегка выпуклую комковато-бугорчатую поверхность. Нижняя часть корок уплощена и сильно ожелез-нена, нередко на ней проявлена зональность в виде серии колец неправильной формы, обрамляющих ядро — плоский обломок породы (рис. 2, б, в). Налеты на породах выглядят как очень тонкие черные пленки (рис. 2, г); налеты на железных предметах зональны, имеют чер-
ную внутреннюю и ярко-желтую внешнюю зоны и мощность 3—5 мм. Вторая группа включает шаровидные или слегка сплюснутые конкреции, уплощенные дисковидные но-дули, а также нодули в форме чаши, имеющие несквозные углубления с одной или обеих сторон. Нодули и конкреции имеют размеры не более 2.5—5 см, в сечении концентриче-ски-зональны, нередко в их внутренних частях отмечаются многочисленные пустотки, зерна кварца и выделения карбонатов, сверху они обычно покрыты железистой рубашкой мощностью не более 1 мм.
С помощью комплекса методов, основанного на сочетании инфракрасной спектроскопии и рентгеновской дифрактометрии с рентгенофлюоресцентным анализом
[6], было установлено, что ЖМО из оз. Большое Миассово полимине-ральны и в общем являются гидрок-сидно-карбонатными. Карбонаты отмечаются во всех ЖМО, наиболее обычны родохрозит и кутного-рит. Сидерит фиксируется только в корках, развитых на железистых субстратах. Среди гидроксидов опреде-
лены гётит, лепидокрокит, ферриги-дрит, бузерит, бёрнессит, вернадит, тодорокит, голландит, литиофорит. Наиболее распространены марганцевые фазы, набор которых в каждом конкретном случае различен. Иногда с гидроксидами железа и сидеритом ассоциирует вивианит. Следует отметить, что сведения о минеральном составе озерных ЖМО достаточно скудны и нередко ограничиваются упоминаниями гётита, вернадита, манганита или рентгеноаморфных гидроксидов марганца и железа [4, 12]. Чуть ли не единственным исключением являются ЖМО из оз. Байкал: в мелководных байкальских конкрециях определены пирит, магнетит, вернадит, асболан, тодоро-кит, апатит, гипс; в глубоководных — гётит, гидрогётит, романешит, верна-дит, бёрнессит, бузерит [2].
Значительно больше внимания уделяется химическому составу озерных ЖМО [2, 3, 8—13]. Показано, что содержания главных видообразующих элементов, марганца и железа, изменяются в широких пределах не только в разных образцах, но и в различных частях одного и того же
Рис. 2. Морфология железо-марганцевых образований озера Большое Миассово, Южный Урал: а — фестончатая кайма на крупном обломке породы, вид сверху; б—в — корка-трутовик на обломках породы, вид снизу (б) и сверху (в); г — налет на обломке
породы (темное), светлое — часть обломка, погруженная в дно
Средние содержания металлов в железо-марганцевых образованиях пресноводных озер
Металл Места нахождения ЖМО*
1 2 3 4 1 5 1 6 7 8 9
Макрокомпоненты, %
Fe 3.21 12.83 15.62 31.58 8.49 16.60 16.70 40.20 32.50
Mn 18.94 12.40 11.18 9.91 7.66 33.00 26.60 15.70 17.00
Mn/Fe 5.90 0.97 0.72 0.31 0.90 1.99 1.59 0.39 0.52
Микрокомпоненты, ppm
Ti 35513 1149 3300 — — — — — —
Sr 199 360 573 — 100 — — — —
Ba 34500 1330 8167 1972 5408 — — — —
Cu 31 16 497 — 8.20 14 7 10
Ni — 97 1680 111 — 296 112 95 40
Co — 37 277 — 52.3 196 221 135 230
V 7610 66 420 — — — — — —
Pb — 53 47 31 — 26 27 24 27
Zn 44 521 342 561 140.3 1665 475 250 50
Cr - 46 - 114 — — — — —
1 — Большое Миассово; 2, 3 — Байкал: 2 — мелководные ЖМО, 3 — глубоководные ЖМО [2]; 4 — Коннектикут Лэйк, США [9]; 5 — Мичиган, США [10]; 6—8 — озера Новой Шотландии, Канада: 6 — Гранд Лэйк, 7 — Шип Харбор Лэйк, 8 — Моск Лэйк [11]; 9 — озера Швеции [11].
образца, однако средние величины Mn/Fe являются характеристическими для водоема в целом [11]. По сравнению с другими объектами ЖМО из
оз. Большое Миассово отличаются повышенными содержаниями марганца, а характеристический показатель Mn/Fe превышает аналогичные величины для других озер в 2—20 раз (см. таблицу).
Кроме того, для миассовских ЖМО характерно высокое содержание бария, которое составляет в среднем 3.45 %, а иногда достигает 9 %. Помимо бария высокими содержаниями отличаются также титан и ванадий, причем все три элемента обнаруживают прямую корреляцию между собой и обратную по отношению к железу. Содержание титана изменяется от 2.5 до 4.7 %, ванадия — от 0.45 до 1.06 %, в то время как в мелководных байкальских ЖМО первые не превышают десятых, а вторые — сотых долей процента [2]. В глубоководных ЖМО из Байкала концентрации этих элементов несколько выше, но всё равно не достигают уровня миассовских. Аналогичное явление (высокие содержания Ba, V и Ti при прямой корреляции между ними) характерно также для глубоководных конкреций из озера Малави и объясняется дополнительным привносом вещества из гидротермальных источников [13].
В заключение отметим, что озерные ЖМО представляют собой принципиально новый тип охраняемых минералогических объектов на территории заповедника. Всестороннее изучение их позволит
не только пополнить региональные кадастры новыми минеральными видами, но и по-новому взглянуть на общие проблемы геохимии и минералогии Ильменских гор.
Работа выполнена в рамках междисциплинарного проекта УрО РАН № 12-М-45-2051.
Литература
1. Андреева М. А. Озера Среднего и Южного Урала. Челябинск: ЮжноУральское кн. изд-во, 1978. 268 с.
2. Батурин Г. Н, Дубинчук В. Т., Авилова Е. В. О минеральном составе железо-марганцевых конкреций озера Байкал // Докл. РАН, 2009. Т. 426. № 2. С. 207—211.
3. Даувальтер В. А., Ильяшук Б. П. Условия образования железо-марган-цевых конкреций в донных отложениях озер в пределах Балтийского кристаллического щита // Геохимия, 2007. № 6. С. 680—684.
4. Корнилов Ю. Б., Веретенникова Т. Ю. Марганцевые конкреции оз. Большое Миассово (Южный Урал) // Минералогия Урала-111. Миасс: ИМин УрО РАН, 1998. Т. I. С. 150—152.
5. Корнилов Ю. Б., Вализер П. М., Веретенникова Т. Ю. Генезис желе-зо-марганцевых конкреций и желе-зо-марганцевых корок в пресноводном оз. Большое Миассово (Южный Урал) // Типы седиментогенеза и литогенеза и их эволюция в истории Земли. Екатеринбург: ИГГ УрО РАН, 2008. Т. I. С. 344—347.
6. Пальчик Н. А., Григорьева Т. Н, Мороз Т. Н, Деркачев А. Н, Гилинская Л. Г. Комплексное исследование мар-
ганцевых минералов донных отложений Охотского моря // Фундаментальные основы современного материаловедения, 2009. Т. 6. № 4. С. 73-80.
7. Экология озера Большое Миассово. Миасс: ИГЗ УрО РАН, 2000. 318 с.
8. Яковлева Л. В., Сергеева Л. В. Химический состав озерных отложений // Ландшафтный фактор в формировании гидрологии озер Южного Урала. Л.: Наука, 1978. С. 186-189.
9. Asikainen C. A., Werle S. F. Accretion of ferromanganese nodules that form pavement in Second Connecticut Lake, New Hampshire // PNAS (Proceedings of National Acad. Sci. USA), 2007. V. 104. № 45. P. 17579-17581.
10. Edgington D. N., Callender E. Minor element geochemistry of Lake Michigan ferromanganese nodule // Earth Planet. Sci. Letters, 1970. № 8. P. 97— 100.
11. Harris R., Troup A. Chemistry and origin of freshwater ferromanganese concretions // Limnol. Oceanogr., 1970. V. 15. № 5. P. 702—712.
12. Sommers M. G., Dollhopf M. E, Douglas S. Freshwater ferromanganese stromatolites from Lake Vermillon, Minnesota: Microbial Culturing and Environmental Scanning Electron Microscopy Investigation // Geomicrobiol. J., 2002. V. 19. P. 407—427.
13. Williams, T. M, Owen, R B. Geochemistry and origins of lacustrine ferromanganese nodules from the Malawi Rift, Central Africa // Geochim. Cosmochim. Acta, 1992. V. 56. № 7. P. 2703-2712.
Рецензент к. г.-м. н. Г. Н. Лысюк
