Области формирования современных фосфоритов

В мире известны по меньшей мере две области, где — как полагают — происходит современное формирование фосфоритов. Это прибрежные районы Юго-Западной Африки и Перу — Чили. Оба района являются зонами апвеллинга и высокой биологической продуктивности. Рассмотрение условий формирования этих фосфоритов позволит объяснить способ образования более древних и экономически более ценных фосфоритов.

Юго-Западная Африка. Обогащенные фосфором отложения между 18 и 24° ю. ш. в прибрежной области Юго-Западной Африки были описаны Батуриным, Батуриным и др., Прайсом и Калвертом, а также другими исследователями. Это область высокой биологической продуктивности. Дно здесь покрыто песками, алевритами, известковыми остатками и диатомовым илом. Рудоносные осадки более или менее ограничены полем распространения диатомовых илов, которые обогащены аморфным кремнеземом, органическим веществом (до 14% органического углерода) и содержат до 1% фосфора. Они приурочены к внутреннему шельфу, где глубина составляет 50—130 м. Однако пеллетные фосфориты обнаружены в карбонатных песках среднего шельфа. В целом фосфориты представлены фосфатизированными сгустками ила, конкрециями и фосфатизированными комками экскрементов и составляют всего несколько весовых процентов от диатомового ила. Полагают, что только неконсолидированные фосфориты являются современными. Содержание Р2О5 достигает 8% и более в комках фосфатизированного ила, 25% — в неуплотненных конкрециях, 27—29% — в хрупких топкозернистых конкрециях и 31—33% — в плотных конкрециях. Это иллюстрирует возрастание содержания P с литификацией. Увеличение концентрации Р2О5 сопровождается увеличением CaO, CO2 и F, но уменьшением H2O, Cоpr, SiO2 и Fe.

На аутигенную природу этих образований указывают неконсолидированные сгустки и линзы ила, которые по консистенции сходны с окружающими осадками, их постепенный переход в литифицированные конкреции и тот факт, что местные течения слишком слабы для переноса более литифицированных разностей. Более того, о явно молодом возрасте конкреций свидетельствуют низкое содержание в них Li и ассоциация с относительно молодыми остатками рыб.

Переход от рыхлых литифицированных образований к плотным конкрециям предполагает, что все они являются продуктами одного диагенетического процесса. Батурин считал, что фосфор поступил в эти образования в ходе диагенеза обогащенных им вмещающих диатомово-глинистых илов и остатков рыб. Этот же автор предположил, что существовали три стадии формирования фосфоритов в прибрежной области Юго-Западной Африки: 1) стадия биогенного осаждения, в течение которой началось образование фосфоритов; 2) диагенетическая стадия, в ходе которой возрастало содержание P2O5 в фосфоритах при их литификации; 3) динамическая стадия, когда происходило концентрирование фосфоритов в процессе их переработки. Он считает, что в этом районе существуют две генерации фосфоритов — вывод, впоследствии подтвержденный материалами Bихa и др. по изотопии урана.

Перу и Чили. Обогащенные фосфором отложения были открыты в прибрежной области Перу Батуриным с коллегами и затем описаны Вихом и др. и Барнеттом. Они встречаются на глубинах менее 1000 м и в основном приурочены к двум узким полосам на глубинах около 100 и 400 м соответственно, которые совпадают с верхней и нижней границами пересечения зоны кислородного минимума и профиля дна. Между этими двумя полосами расположены полосчатые диатомитовые илы, обогащенные органическим веществом,— свидетельство высокой биологической продуктивности в этой области. Здесь имеет место сильный апвеллинг.

Фосфориты обладают неправильной формой, имеют выросты и углубления. Цвет их варьирует от темно- до светло-серого и бледно-зеленого. Поверхность в основном тусклая. Диаметр конкреций обычно колеблется от 5 до 10 см, а обогащенные фосфатами пеллеты размером от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров развиты в анаэробных осадках.

Рассматриваемые образования характеризуются высокими значениями P2O5, колеблющимися от 12 до 28%. Другими основными компонентами являются SiO2 и CaO. Фосфориты отличаются сложным минеральным составом. В качестве главной минеральной фазы присутствует апатит, отмечено переменное количество обломочного кварца, слюды, каолинита, полевого шпата, тремолита. Присутствует также немного кальцита, доломита, глауконита и пирита.

Аутигенная природа перуанских и чилийских фосфоритов доказывается их комковатостью и хрупкостью, которые исключают значительный перенос. Более того, фотографии фосфоритов, сделанные под сканирующим электронным микроскопом, показывают, что апатит обычно образует агрегаты в виде розеток и гроздьев в порах и других пустотах биогенных остатков. Это позволяет предположить его формирование в результате прямого осаждения. Такое заключение подтверждается эвгедральной формой кристаллов и отношениями элементов, близкими к отношениям в чистом апатите.

Исследования серий изотопов урана в фосфоритах указывают на их современное происхождение. Скорректированные датировки по 234U колеблются от более чем 150 000 лет до голоцена, а датировки по 230Th дают сходные результаты. Однако датировки образцов распределены не случайно, свыше 90% значений попадают в одну из четырех возрастных групп: 0—10 000, 40 000—50 000, 100 000—105 000 и 130 000—140 000 лет. По-видимому, все эти возрасты совпадают с периодами высокого стояния уровня моря, вероятно вызванного таянием льда во время межледниковий.

Другие исследования фосфоритов, собранных в прибрежной области Перу, описаны Манхеймом и др. Эти авторы считают, что фосфориты здесь образовались не в результате прямого осаждения из морской воды, а являются продуктом замещения апатитом голоценовых бентоносных фораминифер. Непрерывный переход от свежих нефосфатизированных фораминифер к раковинам, заполненным зернами фосфорита, наблюдается на нескольких станциях. Манхейм и др. полагают, что раковины бентосных фораминифер накапливаются не равномерно, а во время коротких пауз в действии апвеллинга, совпадающих с массовыми заморами фауны. Считается, что карбонат фосфатизировался при восстановлении нормальных условий апвеллинга и распаде органического вещества.