Факторы, определяющие распространение железо-марганцевых конкреций

Распространение конкреций и корок в морских и озерных условиях является функцией ряда факторов. К ним относятся: степень окисления среды рудообразования; присутствие потенциальных ядер и/или природа и возраст субстрата; близость источников элементов; скорости седиментации, на которые сильно влияет близость к источникам поставки осадочного материала или активность придонных течений; влияние организмов. Как локальные, так и региональные вариации в распространении конкреций являются результатом сложного взаимодействия этих и, возможно, других факторов в процессе, который еще до конца не понят.

Наиболее важным предварительным условием любой подводной конкреционной аккумуляции железо-марганцевых окисей является высокая степень окисления рудообразующей среды. Пока окислительно-восстановительный потенциал среды не достигнет большого положительного значения, не осуществляется окисление Мn2+ до Mn4+ и формирование МnО2. Этот важный факт ограничивает распространение железо-марганцевых конкреций и корок окислительными условиями. Железо-марганцевые окиси не найдены ни в застойных областях морей или озер, ни на участках морского дна, где на поверхности осадков преобладают восстановительные условия. В слабоокислительных условиях скорее могут образоваться не окиси, а карбонаты марганца, что и было установлено как в озерных, так и в прибрежных обстановках. Таким образом, степень окисления среды рудообразовання имеет первостепенную важность не только для определения присутствия или отсутствия железо-марганцевых конкреций, но также и для выяснения того, где и в каких границах на дне океанов и озер могут находиться другие марганцевые минералы.

Даже в том случае, когда условия среды благоприятны для образования железо-марганцевых окисей образование конкреций не начнется, если не будет подходящего ядра, на котором могут накапливаться окиси. В отсутствие таких ядер скорее можно встретить железо-марганцевые микроконкреции, рассеянные в осадках, а не конкреции. Таким образом, обилие потенциальных ядер на морском дне имеет первостепенное значение дли определения степени распространения конкреций. Поскольку большинство ядер конкреций по своему происхождению являются вулканическими, постольку картина вулканической активности и последующего распределения вулканокластики оказывает существенное влияние па то, где и сколько конкреций встретится. Обломки пемзы наземных вулканических извержений могут переноситься на большое расстояние до того, как осядут на морское дно, и, следовательно, распространение вулканических ядер не ограничено областями подводного вулканизма. Однако в пределах таких областей подводные извержения и последующее брекчирование потоков лавы могут привести к образованию множества ядер, вокруг которых в состоянии формироваться конкреции. Глэсби и др., например, заметили, что распространение конкреций на небольшом участке хребта Карлсберг в основном контролируется распространением туфогенных ядер. Кроме того, Крейг предположил, что различные вулканические явления могут создать несколько генераций ядер в областях подводной вулканической деятельности, что, несомненно, отразится на распространении и морфологии конкреций. Как уже отмечалось, в качестве ядер конкреций важную роль помимо вулканокластики могут играть и другие материалы. Биогенные обломки, такие, как зубы акул и т. п., локально могут быть обильны в районах медленной седиментации, и их распространение будет влиять на численность конкреций в этих районах. Ледниковые эрратические обломки могут служить в качестве ядер конкреций в высоких широтах, и, следовательно, распространение конкреций в таких областях частично будет зависеть от дрейфа айсбергов, который в свою очередь связан с поверхностными океанскими течениями и направлениями ветров в высоких широтах.

Кроме присутствия потенциальных ядер на морском дне, влияющих на распространение железо-марганцевых конкреций, существенное значение имеет также их возраст, В тех районах, где ядра только недавно сформировались, могло не хватить времени для существенного конкреционного накопления железо-марганцевых окисей. Напротив, там, где ядра старше, не только могло произойти формирование более толстой оболочки окисей в конкрециях, занимающих большую площадь дна, но слипание конкреции в районах с близким расположением ядер могло привести к формированию железомарганцевой «мостовой». Поскольку большинство ядер с течением времени подвержены замещению, то в старых конкрециях они иногда полностью замещены и разломаны, а это ведет к многочисленным обломкам, служащим свежими ядрами для образования новых конкреций. Таким способом при наличии достаточного времени районы, содержащие первоначально лишь ограниченное количество ядер, могут начать покрываться плащом конкреций. Вероятно, подобное имело место на участках «рудной зоны» северной части Тихого океана.

Другим важным фактором, определяющим распространение конкреций и толщину рудных оболочек, является близость к источникам металлов. В большом количестве конкреции могут встречаться в озерах и прибрежных зонах недалеко от речных дельт, там, где железо и марганец осаждаются при смешивании двух водных масс. Высокая биологическая продуктивность поверхностных вод экваториальных районов океанов может быть причиной широкого распространения здесь конкреций вследствие биологической поставки металлов в придонные воды. Пайпер и Уильямсон предположили, что в этих условиях марганец осаждается быстрее, чем обычно. Как было замечено Кроненом на континентальном бордерленде Мексики, близость локального диагенетического источника марганца к границе раздела вода — осадок может привести к локальному увеличению численности конкреций на морском дне. Эндрюс предположил, что численность конкреций в зонах разломов Тихого океана, превышающая среднюю, может быть связана с локальными вулканическими источниками элементов и/или ядер. Быстрая аккумуляция железо-марганцевых корок на гребнях хребтов, связанная с подводной гидротермальной деятельностью, хорошо задокументирована.

Одним из наиболее важных условий среды, определяющих численность конкреции на морском дне, является скорость накопления ассоциирующихся с ними осадков, при этом низкие скорости седиментации благоприятствуют развитию конкреций. Скорости седиментации определяются либо скоростью поступления осадочного материала, либо придонными условиями, влияющими на накопление осадков. Te участки морского дна, где происходит быстрая седиментация, обычно слабо покрыты конкрециями, вероятно, потому, что потенциальные их ядра пли даже эмбриональные конкреции захораниваются прежде, чем произойдет достаточное накопление окисей железа и марганца. Более того, быстрая седиментация органического вещества может привести к его сохранению в осадках, что в свою очередь может создать недостаточно окислительные условия на границе раздела вода — осадок для формирования железомарганцевых окисей. На большинстве участков континентальных окраин скорости седиментации слишком велики для заметного развития конкреций. Это же справедливо и для глубоководных котловин, дно которых покрыто турбидитами, и для больших участков многих озер. Низкие скорости седиментации могут создаваться либо минимальной поставкой осадочного материала, либо условиями на дне, особенно течениями, ограничивающими накопление осадков. Большие районы в центральных частях океанских котловин получают минимальное количество терригенного осадочного материала и располагаются либо под слабопродуктивными водами, что приводит к незначительному накоплению биогенного материала, либо ниже критической глубины карбонатонакопления и поэтому не получают карбонатных остатков. В этих условиях скорости седиментации могут составлять около нескольких миллиметров в тысячу лет, например, в некоторых районах северной половины Тихого океана, что благоприятствует существенному накоплению конкреций на поверхности осадков. Деятельность придонных течений может иметь очень важное значение для ограничения накопления осадков в локальном масштабе и, следовательно, влиять на локальное распределение конкреций. Однако если придонные течения достаточно крупномасштабны, они могут оказать влияние и на региональное распространение конкреций. Подтверждением этому служит район Антарктического циркумполярного течения между Антарктидой и Австралией, где осадконакопление ограниченно, а конкреции многочисленны.

Насколько велико значение скорости седиментации для распространения и численности конкреций, показано в работе Мизуно и Моритани. Во время поисков месторождений железо-марганцевых конкреций в центральной части Тихого океана эти авторы заметили связь между численностью конкреций на дне и мощностью верхнего акустически прозрачного слоя осадков на записях, полученных с помощью высокочастотного (3,5 кГц) регистратора глубин. За редкими исключениями, чем тоньше прозрачный слой, тем больше численность конкреций на поверхности осадков, причем корреляция сохраняется на большой площади. Возраст прозрачного слоя в исследованном районе изучен недостаточно, однако считается, что он представлен верхнетретичными — четвертичными осадками, и, очевидно, мощность его в основном является функцией скорости седиментации. Максимальное количество конкреций, следовательно, встречено на поверхности осадков, накапливавшихся с минимальной скоростью. Важность работы Mизуно и Моритани для поисков и разведки месторождений железо-марганцевых конкреций заключается в том, что шансы найти многочисленные конкреции возрастают в районах минимальной мощности прозрачного слоя.

Влияние бентосных организмов на распространение конкреций не совсем ясно. В локальном масштабе обитатели дна могут перемещать конкреции, или присыпать их осадками, или поддерживать на поверхности те конкреции, которые в противном случае были бы захоронены. Глэсби установил, что обитатели дна затрачивают очень мало энергии для поддержания конкреций на поверхности осадка.