Механизмы осаждения железо-марганцевых конкреций

14.07.2020

Детальное рассмотрение механизмов осаждения в железо-марганцевых конкрециях выходит за рамки настоящей книги, поэтому обсуждение будет ограничено каталитическим окислением и осаждением главных элементов — железа и марганца, а также возможной ролью организмов в образовании конкреций.

Химизм окисления и осаждения железа и марганца в природных водах уже описан Штуммом и Морганом, Окисление Mn2+ до MnO2 катализируется поверхностью реакции. MnO2 затем может адсорбировать дополнительный Mn2+, который в свою очередь начинает окисляться. То, что окисление и осаждение марганца при образования железо-марганцевых окисей требуют некоторой поверхности, признано многими исследователями. Голдберг и Аррениус предположили, что окиси железа могли бы образовать такую поверхность, на которой марганец окислялся бы согласно уравнению

2OН- + Мn2+ + 1/2О2 = МnO2 + Н2О.


Исследования с помощью электронного микроанализатора, проведенные Бёрнсом и Брауном, отчасти подтверждают эту точку зрения. Эти исследователи обнаружили, что вокруг ядер некоторых конкреций до начала формирования марганцевых окисей уже отложились окиси железа, которые могли катализировать окисление и отложение марганца. Морганштейн и Фелшер предположили, что в конкрециях с вулканическими ядрами железо для образования поверхности реакции могло бы быть привнесено при изменении вулканогенного материала. Такое происхождение железа могло бы объяснить, почему в некоторых случаях обломки сильно выветрелых вулканитов покрыты толстой марганцевой коркой, а менее выветрелых — более тонкой. Однако Гринслейт заметил, что железо-марганцевые окиси могут аккумулироваться на раковинах организмов и внутри их в отсутствие первично осадившихся окисей железа. Глэсби и Эндрюс обнаружили отсутствие субстрата из окисей железа в некоторых железо-марганцевых корках Гавайского архипелага. Это указывает на то, что и другие поверхности, помимо сложенных окисями железа, не замедляют осаждение железо-марганцевых окисей.

С началом накопления железо-марганцевых окисей конкреции могут продолжать расти в течение всего времени, пока осуществляется адекватное поступление железа и марганца к поверхности реакции. Как было отмечено ранее, Бёрнс и Бёрнс рассмотрели механизм, с помощью которого может продолжаться этот процесс. Они заметили, что некоторые пары минералов железа и марганца обладают или идентичными кристаллическими структурами, или общими в некоторых кристаллографических плоскостях слоями атомов. Поэтому они предположили, что в железо-марганцевых конкрециях существует возможность эпитаксиального срастания обеих фаз. Например, наблюдался рост кристаллов рамсделлита MnO2 в кристаллографическом единстве с гётитом, поскольку размеры их элементарных ячеек различаются меньше чем на 10%. Бёрнс и Бёрнс указали, что хотя bMnO2 и FeOOH — две фазы, присутствующие в конкрециях, — состоят из мелких неупорядоченных кристаллитов, они также способны к эпитаксиальному срастанию, которое в состоянии поддерживать рост конкреции.

Вопрос о роли органических агентов в росте железо-марганцевых образований давно является предметом дискуссии. То, что организмы живут на поверхности конкреций и корок, замечено многими авторами, однако их вклад в рост последних не вполне ясен.

По мнению Гринслейта и других исследователей, обилие биогенных структур на поверхности конкреций и внутри их дает все основания предполагать, что микроорганизмы способствуют росту конкреций и создают суперструктуру, на которой могут накапливаться окиси железа и марганца и которую они могут замещать. Однако пока нет веских доказательств, что сами организмы могут секретировать железо и марганец в течение жизни. Уже отмечалось, что многие виды организмов, найденных на поверхности конкреций, строят раковинки из биогенных и других зерен, которые уже присутствуют в осадках. В этом отношении они просто включают существующий материал в конкреции, а не создают новые фазы. Однако Дуголинский указал, что в некоторых видах обнаруживаются редкие металлы, осажденные органическим путем. Тем не менее представляется, что их значение ничтожно по сравнению с физическим включением материала организмами в растущие конкреции.

Вопрос о роли бактерии в росте конкреций давно является предметом существенных разногласий. Некоторые авторы указали, что рост железо-марганцевых конкреций можно объяснить действием чисто физико-химических механизмов. Это, однако, не означает, что бактерии не участвуют в формировании конкреций. Согласно Калверту и Прайсу, экспериментальные исследования Эрлиха привели к предположению, что arihobacter усиливает адсорбцию Mn2+ из культурной среды и способствует его окислению до MnO2. Однако эти опыты не проводились в природных условиях, поэтому распространение их результатов на природную обстановку весьма условно. Тем не менее то, что считается ископаемыми колониями бактерий, описал в конкрециях Харада, и, следовательно, бактерии действительно влияют на рост конкреций. Краускопф указал, что бактерии способствуют ускорению реакций, которые термодинамически возможны и которые произошли бы сами по себе, если бы было достаточно времени. Иными словами, роль бактерий преимущественно каталитическая. Тот же автор предположил, что на быстрое осаждение марганцевых окисей в болотах и озерах но сравнению с глубоководными областями могут влиять бактерии.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2020
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна