Судьба минеральных отложений океанского дна по субдукции

Среди различных типов минеральных отложений обнаруженных на морском дне или ниже его уровня, лишь отложения на осадках, связанные с океанической корой, и отложения непосредственно в самой коре, а именно металлоносные осадки, железо-марганцевые конкреции, некоторые второстепенные аутогенные образования, а также отложения ниже уровня океанского дна, подвержены субдукции. Россыпи, строительные материалы и фосфориты, встречающиеся на континентальных шельфах и в краевых частях океана, не вовлекают обычно в процесс субдукции.

Минеральные отложения ниже уровня океанского дна, такие, как сульфиды, вместе с металлоносными осадками, образовавшимися на срединно-океанических хребтах и залегающих непосредственно на базальтовом основании, наиболее подвержены субдукции в зонах желобов. Силлитоу предположил, что вкрапленные медные руды, залегающие в орогенных поясах, обрамляющих субдуктивные границы плит, такие, как в Андах, по-видимому, образуются в результате частичного плавления подвергшейся субдукции океанической коры и расположенных на ней металлоносных осадков. Однако перед тем, как субдукция приводит к возврату на океанское дно и, таким образом, в океанскую систему части содержащихся в них металлов, некоторое количество металлоносных осадков, по-видимому, «соскабливается» верхней плитой пли принимает участие в диагенетических реакциях. Исходя из этого, минеральные отложения ниже уровня океанского дна, по-видимому постоянно изымаемые из океанской системы при субдукции, компенсируются новыми отложениями, образующимися под срединно-океаническими хребтами. Металлоносные осадки океанского дна, наоборот, лишь частично утрачивают некоторые свои компоненты, особенно окиси марганца и связанные с ними металлы, которые возвращаются на океанское дно.

Судьба по крайней мере некоторых металлов в железо-марганцевых конкрециях в зонах желобов и вблизи них будет существенно отличаться от судьбы минеральных отложений океанической коры, Окисные железо-марганцевые минералы являются диагенетически нестабильными при захоронении во всех условиях, за исключением наиболее сильно окислительных. Поэтому погребенные образцы таких минералов обычно обнаруживались в окисленных медленно накапливающихся пелагических осадках океанского дна. При перемещении по направлению к активным континентальным окраинам в результате спрединга океанского дна, например в районе Южной Америки, конкреции будут перекрываться все возрастающими количествами терригенных осадков с континента и биогенных осадков, вероятно образующихся за счет апвеллинга. Восстановительные условия, встречающиеся в мелководных осадках, возможно, приведут к растворению конкреций. Марганец будет возвращаться к поверхности осадков и осаждаться в виде обогащенных этим элементом диагенетических конкреций, обычно обнаруживаемых в восточной части Тихого океана при движении от системы желобов в глубь океана. Однако, при достижении самой системы желобов величина Eh на поверхности осадков будет, вероятно, слишком мала даже для образования обогащенных марганцем диагенетических конкреций континентальной окраины, и марганец наряду с некоторыми связанными с ним металлами должен возвратиться в океанскую воду. Наоборот, там, где марганцевые конкреции приближаются к системе желобов на краю двух океанских плит, что, например, наблюдается в юго-западной части Тихого океана, их захоронение становится менее вероятным Конкреции, обнаруженные в направлении от желоба Тонга — Кермадек в глубь океана, например, не имеют диагенетических черт, таких, как у их аналогов в юго-восточной части океана. Тем не менее как только конкреции попадают в систему желобов, если они сохраняются столь долго, высокая скорость седиментации должна вскоре привести к их погребению и растворению, При растворении некоторые из химических элементов, входящих в состав конкреций, такие, как Fe, Si, Al и, вероятно, некоторые малые элементы, могли бы остаться в погребенных осадках в составе сульфидов или других минералов и со временем подвергнуться субдукции, однако большая часть марганца в конце концов всегда должна возвратиться па океанское дно. Исходя из этого, осадочный марганец, по-видимому, не является элементом, подвергающимся в океанах субдукции и, вероятно, постоянно накапливающимся в океанских бассейнах на протяжении геологического времени. Это, по-видимому, хороши объясняет тот факт, что наблюдаемые концентрации марганца в океанских осадках выше, чем в большинстве других частей земной коры, что вызывает интерес у геохимиков с тех пор, как свыше ста лет назад такое явление было впервые отмечено.

Поскольку дно глубоководных частей океанов обычно подвергается субдукции, его фрагменты лишь изредка сохраняются на континентах. Поэтому в стратиграфических разрезах глубоководные минеральные отложения почти никогда не обнаруживаются. Исключением из этого правила являются металлоносные осадки, связанные с офиолитами. Однако они редки, а некоторые из них, по-видимому, не являются истинно глубоководными отложениями и образовались в районах древних континентальных окраин, являющихся ныне частями континентов. Истинно глубоководные железо-марганцевые конкреции в древних осадках очень редки. Сохранность их, по-видимому, уменьшается как за счет субдукции океанского дна, на котором они лежат, так и за счет их диагенетической неустойчивости. По последней причине даже конкреции континентальных окраин и озерные конкреции редко выдерживают глубокое захоронение и оказываются погребенными в древних осадках. Дженкинсом было убедительно показано, что сохранение таких конкреций возможно лишь в исключительных условиях.