Внутренняя текстура железо-марганцевых конкреций

Основные черты внутренней текстуры конкреций и корок были впервые описаны Мерреем и Ренаром. Наиболее характерной особенностью является концентрическая полосчатость, которая в большей или меньшей степени развита в большинстве конкреций (рис. 37). Полосы представляют собой тонкие слои с различной отражательной способностью, причем слои с более высокой отражательной способностью обычно богаче марганцем, чем слон с более низкой.

Важная особенность железо-марганцевых конкреций, которой, однако, часто пренебрегают, заключается в том нерудном веществе, которое включают в себя окиси железа и марганца. Это вещество впервые обнаружили Меррей и Ренар после выщелачивания HCl срезов конкреций. Было установлено, что для него также характерна концентрическая полосчатость в конкрециях. Лалу и Брише недавно вновь обратили внимание на присутствие этого вещества в ряде конкреций и обсудили его значение с точки зрения генезиса. Эти исследователи обрабатывали поверхности срезов нескольких конкреций разбавленной H2SO3, а затем — смесью щавелевой кислоты и оксалата аммония. При такой обработке окиси железа и марганца растворяются и выявляется ячеистая текстура этого вещества (рис. 38). Оно составляет около 30% от общей массы конкреции, состоит примерно на 90% из SiO2 и на 10% из Al2O3 и содержит кристаллы кварца, плагиоклаза, пироксена, каолинита, а также «аморфный кремнезем или силикаты». Это вещество, несомненно, представляет собой то, что предшествовавшие исследователи идентифицировали под микроскопом как «интерстициальный материал» (рис. 39), обогащенный, по данным изучения на микроанализаторе, Si, Аl и Fe. Интересно, что в некоторых конкрециях состав этого вещества сходен с составом конкреционных ядер. Более того, в нем иногда сохраняются остатки планктонных и бентосных организмов.

Под микроскопом в конкрециях и корках четко устанавливается большой набор текстур и структур. При небольшом увеличении Сорем обнаружил нарушения в росте конкреций, когда одни слон срезают ранее образовавшиеся прослои, что свидетельствует не только о периодах неосаждения, по и об активной эрозии. Это является хорошим свидетельством прерывистости роста конкреций и важным фактором при интерпретации их радиометрических датировок. По мере возрастания увеличения, вплоть до предела разрешения, возможного при существующих методах микроскопирования, выявляются все более тонкие текстуры конкреций. Наиболее обычными и легко распознаваемыми текстурами являются колломорфные глобулярные обособления железо-марганцевых окисей (рис. 40) размером в десятые доли миллиметра или менее, которые часто находятся внутри конкреций. Они нередко группируются в многоугольные или пикообразные формы (рис. 41). Которые радиально удлинены в направлении роста конкреций. Кронен и Тумс обнаружили, что в ряде конкреций с хребта Карлсберг эти обособления лучше развиты во внутренней части рудных оболочек, чем в поверхностном слое. При этом они становятся более изолированными по мере приближения к ядру, вероятно, вследствие увеличения содержания материала, слагающего ядро. Последнее наблюдение среди прочих указывает, как полагают, на прогрессивное замещение ядер конкреций железо-марганцевыми окисями. Во внешних слоях конкреций, где отсутствуют обособления, наблюдается более или менее зубчатый слой марганцевых окисей, причем зубцы, вероятно, являются зародышами обособлений. Во многих других конкрециях Фостер, Сорем и Фьюкс описали хорошо развитые широкие концентрические внешние слои. Такая изменчивость в развитии обособлений с увеличением расстояния от поверхности конкреции, по мнению Кронена и Тумса, явно указывает на постседиментационное перераспределение железо-марганцевых окисей, что кратко рассматривается в дальнейшем.

В железо-марганцевых конкрециях описано множество и других текстур. Андрущенко и Скорнякова описали несколько отчетливо различающихся текстур в конкрециях Тихого океана. Это концентрически-полосчатые, параллельно- и скорлуповато-слоистые текстуры, развитые наряду с глобулярными обособлениями. Сорем и Фостер в ряде конкреций, найденных к западу от Калифорнийского залива, отметили массивные пятнистые, компактные, колончатые и слоистые текстуры. При этом наиболее многочисленны колончатые и пятнистые текстуры. Хейе детально описал внутренние текстуры ряда конкреций Тихого океана, для которых определены скорости роста, что позволяет оценить влияние последних на текстуры конкреций. Он отметил присутствие слоев как с ровными, так и с зубчатыми границами и пришел к выводу, что первые росли более медленно и в менее благоприятных условиях, чем вторые. Было обнаружено, что слои с ровными границами формируются на начальной стадии роста, например около ядра, а затем следует переход к «зубчатому» росту. Относительно недавно Хейе предположил, что некоторые изометричные текстуры в центрах ряда железо-марганцевых конкреций представляют собой агрегаты микроконкреций, которые слиплись в осадках до начала осаждения концентрических слоев железо-марганцевых окисей. С помощью сканирующего электронного микроскопа Марголис и Глэсби установили, что характерной особенностью роста исследованных ими конкреций являются микротонкие слои толщиной 0,25—10 мкм. Это указывает на присутствие тончайшей полосчатости вплоть до размеров, которые позволяет определить разрешающая способность ныне существующих приборов.

Некоторые исследователи обнаружили в железо-марганцевых конкрециях органогенные текстуры, которые впоследствии были захоронены, — в основном типа поверхностных текстур, описанных Гринслейтом и Дуголинским. Гринслейт нашел сохранившиеся трубочки Saccorhiza в силикатном веществе конкреций, обработанных хлористоводородным гидроксиламином. Сорем и Фьюкс описали, вероятно, аналогичные образования. Однако Гринслейт не нашел обычные поверхностные текстуры внутри конкреций. Это позволяет предположить, что они были уничтожены при перераспределении вещества в процессе роста конкреций. Дуголинский сообщил, что приповерхностные внутренние зоны многих конкреций содержат частично замещенные раковинки простейших. Последние состоят из кремнистых минеральных зерен и биогенных обломков, которые частично покрыты или замещены железо-марганцевыми окисями. Агглютинированные раковинки, расположенные более глубоко в конкрециях, замещены сильнее. Исследование камер раковинок, часто заполненных микрослоистыми железо-марганцевыми окисями, позволяет предположить, что некоторые из описанных ранее обособлений или зубцов могут представлять собой такие заполнения.

Трещины и разрывы самых различных типов являются обычной чертой внутреннего строения конкреций, Рааб и Мейлан описали два типа внутренних трещин в тихоокеанских конкрециях: радиальные, или случайные, и концентрические, или тангенциальные. Обычно трещины обоих типов заполнены посторонним материалом. Ширина многих трещин колеблется в пределах конкреции, часто они не достигают поверхности. Хейс заметил те же трещины, что обнаружили Рааб и Мейлан, и пришел к выводу, что они образовались за счет внутренних напряжений при старении конкреций. Очевидно, формирование трещин в конкрециях — это процесс, который может привести к их разламыванию на морском дне, даже без участия бентосных организмов или природных течений. Следовательно, этот процесс важен как с точки зрения образования обломков конкреций, которые служат ядрами для новых стяжений, так и для ограничения общего размера конкреций, растущих в данных условиях.

Как уже отмечалось, некоторые текстурные и структурные особенности конкреций и корок, вероятно, указывают на постседиментационное перераспределение вещества внутри конкреций и прогрессивное замещение их ядер. Например, Сорем и Фьюкс в некоторых конкрециях обнаружили перекристаллизованные дендриты, а Дуголинский, Дедли, Mapголис и др., Бернс и Бернс сообщили о прогрессивном замещении органогенных остатков внутри ряда конкреций. Глэсби и Эндрюс заметили прогрессивное замещение вулканогенного субстрата в древних корках с Гавайских островов и диффузию металлов через физические границы. Наблюдение Кронена и Тумса, что текстуры сегрегации становятся более правильными по мере приближения к центру конкреции, подкрепленное данными, полученными с помощью электронного микроанализатора, позволило им предположить, что эти текстуры сформировались при постседиментационной миграции марганца и других элементов к центрам образования ядер и кристаллизации внутри конкреций. Бёрнс и Бёрнс заметили, что внешние слон изученных ими конкреций были или аморфными, или содержали слабо окристаллизованный bMnO2, в то время как внутренние слои были сложены тодорокитом. Это подтверждает вышеприведенное предположение, поскольку перекристаллизация представляет собой механизм перераспределения вещества внутри конкреций. Доказательство внутренней реорганизации конкреций представлено Бёрнсом и Бёрнсом. С помощью сканирующего электронного микроскопа и микроанализатора были изучены внутренние части конкреций из района распространения кремнистых плов Тихого океана. При этом удалось обнаружить, что здесь развиты постседиментационные структуры перекристаллизации, и полоски окисей содержат до 40% Mn, 5% Ni и 3% Cu. Внутри конкреций присутствует кремнистый биогенный материал на всех стадиях деградации н растворения. При этом в жеодах формировался филлипсит, покрытый гроздьями железо-марганцевых окисей.

Лалу и Брише предложили другой механизм, привлекая гидротермальную деятельность для объяснения происхождения силикатного вещества конкреций. Они полагают, что горячие кислые растворы воздействовали на базальтовые обломки или вулканические стекла, создавая микроочаги, пересыщенные кремнеземом, из которых при охлаждении осаждался как кремнезем, так и окиси железа и марганца. Полагают, что эти две фазы разделялись соответственно на нерудное вещество и обособления окисей. Эта гипотеза может представлять определенный интерес для интерпретации образования железо-марганцевых окисей, компоненты которых являются по своему происхождению гидротермальными. Однако даже в этих ситуациях доказательства, обзор которых приведен в гл. 6 по гидротермальным образованиям, позволяют предполагать отделение гидротермального кремнезема от железо-марганцевых окисей до отложения последних.

По мнению автора, объяснение происхождения силикатного вещества и внутренних обособлении железо-марганцевых окисей в конкрециях и корках, которое удовлетворяет большинству имеющихся данных, включает ряд процессов. Среди них перекристаллизация и обособление первично осажденных железо-марганцевых окисей и выталкивание в интерстиции между обособлениями избытка железистого материала, нерастворимых силикатных примесей, органических остатков и других отложенных из морской воды фаз, не принадлежащих к железо-марганцевым окисям. В этой связи нерудное вещество является диагенетическим, а не первичноосадочным. Сходным образом и прогрессивное замещение материала вулканогенного ядра должно привести к образованию нерастворимой фракции, вытолкнутой из формирующихся минералов железо-марганцевых окисей и принадлежащей уже силикатному веществу. В данном примере это следует считать процессом замещения. Тот факт, что рассматриваемое силикатное вещество в некоторых случаях похоже по составу на ядра конкреций, еще больше подтверждает их происхождение в результате диагенеза/замещения, так же как и присутствие в нем плагиоклазов и пироксенов — минералов, которые вряд ли отложены из гидротермальных растворов или принесены в большом количестве с континентов в виде обломков. Наблюдение Лалу и Брише, что только внутренние окисные слои некоторых из исследованных ими конкреций содержат материал, похожий по составу на материал ядра, указывает на масштаб замещения в этих конкрециях. Их внешние слои, видимо, образовались при нормальном осаждении железо-марганцевых окисей и других фаз из морской воды, и текстуру этих слоев следует интерпретировать с точки зрения перераспределения осажденного материала при старении конкреций. Вероятно, при любом постседиментационном перераспределении вещества конкреций в процессе диагенеза/замещения происходили химические реакции между различными фазами. В этом контексте существенно, что в конкрециях хребта Карлсберг Кронен и Тумс и Кронен наблюдали концентрирование марганца и многих малых элементов в обособлениях рудного вещества. При этом железо более равномерно распределялось между ними и силикатным веществом интерстиций, а кремний и алюминий почти полностью концентрировались в последнем. Как отмечалось ранее, Лайл и др. предположили, что реакции между железо-марганцевыми окисями и кремнеземом в депресии Бауэр могли привести к осаждению обогащенных железом смектитов, в то время как остающийся свободным марганец включался в состав конкреций вместе с малыми элементами. Несколько похожий процесс может объяснить и наблюдаемое распределение элементов в обособлениях рудного вещества в отдельных конкрециях. При перераспределении железо-марганцевых окисей и нерудных примесей реакции между ними, а также между железомарганцевыми окисями и ядром могут привести к образованию силикатов, обогащенных железом, и обедненных железом фаз, состоящих из железо-марганцевых окисей. При этом последние обособляются внутри перекристализованного нерудного вещества, состоящего из упомянутых силикатов, обогащенных железом, и из нерастворимых фаз, которые или выпали в осадок, или не принимали участия в этих реакциях. Подобный процесс мог бы объяснить твердость силикатного вещества конкреций цементирующим воздействием вновь формирующихся железистых силикатов — особенность, которую трудно объяснить простым перераспределением .вещества внутри конкреций без химических реакций.

Таким образом, можно считать, что сочетание прогрессивного замещения ядра конкреций железо-марганцевыми окисями, отложения смеси железо-марганцевых окисей, силикатного обломочного материала и органических остатков из морской воды и диагенетического выталкивания нерудного материала в интерстиции между обособлениями рудных окисей может объяснить большинство внутренних текстур, характерных для железо-марганцевых конкреций. Следует, однако, подчеркнуть, что этот вывод не исключает других форм роста, как первичных, так и вторичных, встречающихся в конкрециях и корках.