|
|
| Рис. 2. Модель образования Fe- и Mn-рудных формаций при схождении континентальных блоков |
Д. Шиссель и Ф. Аро считают, что глубинные воды протерозойского океана были восстановлены и насыщены растворенными Fe и Mn. Мы придерживаемся иной точки зрения, поскольку в соответствии с данными [Галимов, 1988; Гаррелс, Маккензи, 1974] общая масса воды в океане, а также ее состав, уже 2,5-2 млрд лет назад были близки к современным. К тому же выше были приведены новые данные, свидетельствующие о существовании воды на Земле 3850 млн лет назад [Nutman et al., 1997], т.е. по меньшей мере за 1,5 млрд лет до описываемых событий. Все это означает, что на океанском дне уже тогда мог происходить процесс окисного осадочного рудообразования, сходный с современным. По-видимому, огромные массы Fe и Mn могли быть высвобождены при растворении ЖМО в период образования протерозойского суперконтинента, когда сходящиеся континентальные блоки замкнули часть океана.
|
|
| Рис. 3. Стратиграфические формации, включающие Mn-отложения, ассоциирующие с Fe-формациями в Южной Африке, Бразилии и Индии |
Принципиальное различие в этих представлениях связано с тем, что в восстановленных морских водах протерозойского океана соотношение Mn и Fe не могло сильно отличаться от соотношения этих металлов в породах ложа (0,017), что не позволило бы сформировать Mn-рудные формации, представленные в таких масштабах. По-видимому, огромные массы Fe и Mn могли быть высвобождены при растворении предварительно сконцентрировавших их ЖМО, и в период образования протерозойского суперконтинента,когда сходящиеся континентальные блоки замкнули часть океана, были выброшены на берег. Сильное сжатие привело к активизации глубинных процессов на океанском дне, следствием их стало возникновение восстановительных условий, несовместимых с сохранностью ЖМО. К тому же все это сопровождалось возникновением сильного апвеллинга и трансгрессией океана. Именно образование гигантских месторождений Mn и Fe руд в условиях пассивных континентальных окраин является геологическим следом внутриокеанических глубинных тектонических событий в раннем протерозое. Возможная модель этого процесса приведена на рис. 2.
Сходство условий отложения, вещественного состава и единое время образования рудных формаций объединяют Южную Африку, Бразилию и Индию в составе раннепротерозойского суперконтинента. В обстоятельной статье Д. Шисселя и Ф. Аро [Schissel and Aro, 1992] дано подробное описание стратиграфических разрезов, приведенных на рис. 3. Кратко оно сводится к следующему.
Наиболее изученная формация Хотазель в Южной Африке показывает 3 цикла образования Fe-слоев, пелитового гематита и смешанных Mn-карбонатных и Mn-окисных слоев, отвечающих трем морским трансгрессиям. В гигантском поле Калахари протяженность Mn-рудного тела достигает 90 км и несет следы 5 эрозионных циклов. Минералогический комитет ЮАР оценивает его ресурсы в 12,7 млрд тонн, что превышает, как уже указывалось, 3/4 мировых запасов.
Из-за метаморфизма и деформаций пород геологические разрезы Бразилии и Индии менее ясны, но стратиграфия метаморфизованных осадков обычно показывает переходы от Fe-формаций к карбонатным марганцевым и затем к марганцевым окисным формациям. Все три последовательности перекрываются регрессивными карбонатными отложениями, которые завершают Fe и Mn седиментацию.
|
|
| Рис. 4. Пангея раннерифейского времени |
В Бразилии наиболее крупные отложения находятся в провинции Минас Жериас; исторически они были важнейшим мировым источником Mn, но по мере истощения, их значение уменьшилось.
В Индии в провинции Орисса Mn-отложения также ассоциируют с Fe-формациями, перекрывая их. Они тоже играли важную экономическую роль, хотя сейчас в значительной мере выработаны.
Авторы заключают, что описанные осадочные Mn- и Fe-рудные отложения образовались, по-видимому, внутри сходных тектонических условий. Попытки графически изобразить раннепротерозойский суперконтинент крайне ограничены. В. Е. Хаин и Н. А. Божко предложили реконструкцию для раннего рифея (рис. 4) [Хаин, Божко, 1988]. В их книге говорится: "Реконструкция Пангеи 1 (имеется в виду раннепротерозойское время) представляет собой трудновыполнимую задачу" (с. 157), но авторы предполагают, что гипотетическая Пангея 1 напоминает более молодую Пангею. Последняя изображается в виде компактного блока, на котором рисуются контуры современных континентов, причем расположение их сравнительно мало отличается от палеореконструкции, предложенной Х. Дженкинсом [Jenkins, 1993] для триаса. Удивительно, что столь разновременные реконструкции представляются довольно сходными по расположению интересующих нас континентов. Мы также предприняли попытку воспроизвести возможное расположение континентальных блоков, несущих единовременные Fe- и Mn-рудные формации на раннепротерозойском суперконтиненте
|
|
| Рис. 5. Предполагаемое расположение континентальных блоков на протерозойском суперконтиненте |
(рис. 5). Что касается Антарктиды, то на нашей схеме она использована для получения замкнутой картины как по форме, так и по существу, хотя из-за слабой изученности этого континента в геологическом отношении, прямых данных для этого пока недостаточно. Однако здесь отмечены корки пустынного загара на выходах коренных пород, аномально обогащенные Mn [Dorn et al., 1992]. Возможно это признак погребенного подо льдами месторождения, что вполне соответствует геохимическим свойствам Mn.
Сколько же времени просуществовал протерозойский суперконтинент? На основании палеомагнитных данных Д. А. Пайпер [Piper, 1982] высказал идею, что он существовал в течение всего протерозоя. Геологические данные, по мнению Д. Шисселя и Ф. Аро [Schissel and Aro, 1992], свидетельствуют о его существовании между 1800 и 1100 млн лет. В то же время модель Дж. Роджерса [Rogers, 1996] вообще показывает, что первый суперконтинент Родиния возник лишь 1000 млн лет назад, т.е. отрицает существование раннепротерозойского суперконтинента. Такие противоречия в области трактовки геологической истории Земли свидетельствуют о недостаточности научного фундамента для достоверных палеореконструкций, особенно для древнейших эпох развития Земли. В этом случае целесообразно шире использовать такие важные признаки, как существование хорошо датируемых и тектонически определенных крупнейших в мире рудных формаций.
Нам представляется, что процесс агрегации протерозойского суперконтинента мог сопровождаться неполным закрытием части океанского бассейна, находящегося между континентальными блоками, по внутренним окраинам которых и могло происходить формирование рудных формаций. В этом случае легче объяснить причины возникновения апвеллинга, трансгрессии океана и геологически относительно непродолжительного времени образования столь крупных месторождений (между 2,3-1,9 млрд лет). Заметим, что при палеореконструкциях не всегда рассматривается возможность сохранения в пределах суперконтинентов фрагментов внутренних бассейнов, возможно и с океанической корой. Но этого исключать нельзя, более того, такие области впоследствии могли стать местом раскола суперконтинента.
Однако есть и другая модель, предложенная Д. Л. Андерсоном [Anderson, 1984] и поддержанная М. Гурнисом [Gurnis, 1988]. По ней мощный суперконтинент с толстой корой должен вызвать сильный мантийный апвеллинг и приобретать куполообразную форму (выступ геоида). Следствием становится раскол суперконтинента и отдельные блоки начинают движение в сторону мантийного даунвеллинга (геоидного понижения). Можно предположить, что выступ геоида в пределах суперконтинента в Южном полушарии совпал с центром раннепротерозойского схождения континентов, который стал также центром последующего раскола. Вопрос о длительности существования раннепротерозойского суперконтинента, строго говоря, остается открытым.
Далее обратимся к мезозойской геокинематике в пределах Южного полушария. Имеющиеся довольно многочисленные палеогеодинамические реконструкции иллюстрируют направления движения южных континентов в ходе образования Атлантики и Индийского океана. Если Африку рассматривать как наиболее устойчивый континент, то при расколе Гондваны наибольший импульс движения получили Южная Америка, Антарктида, Индия и Австралия. Южная Америка, отдаляясь от Африки, раскрывала южную половину современного Атлантического океана; Антарктида, дрейфуя к югу, раскрывала акваторию Южного океана в западной его части; Индия двигалась на север-северо-восток и, постепенно удаляясь от Африки, раскрывала западную часть Индийского океана. Так формировался молодой Индо-Атлантический сектор современного океана, в котором начало процесса железо-марганцевого рудогенеза соответствует возрасту его ложа.
Иное содержание имел дрейф Австралии. Он проходил в восточном и затем в северном направлении, отсекая при этом западный клин древнего Тихого океана, который и составил основу восточной половины Индийского океана с унаследованными от древних времен накоплениями Mn. Разумеется, ЖМО здесь были многократно переотложены, однако благоприятные фациальные условия глубоководных котловин способствовали их регенерации в этой половине океана.
Обсуждение
Приведенные выше сведения по геохимии, металлогении и пространственному распространению океанских марганцевых образований имеют существенное значение для дальнейшего развития теории о структурной асимметрии Земли: разделении ее на Индо-Атлантический и Тихоокеанский тектонические сегменты [Пущаровский, 1972]. Теория зародилась в конце 50-х гг. текущего столетия как одно из важнейших обобщений, полученных в итоге составления Тектонической карты СССР в масштабе 1:5000000. В настоящее время ее суть нужно понимать следующим образом [Моссаковский и др., 1998].
|
|
| Рис. 6. Схема соотношения тектонических сегментов в современной структуре Земли |
Тихоокеанский тектонический сегмент образуют ложе Тихого океана и окаймляющий его Тихоокеанский тектонический пояс. Последний представляет собой целостную глобальную структуру кольцевой формы, образованную сложно построенными горно-складчатыми сооружениями и системами островных дуг и окраинных морей (рис. 6). Вся остальная часть земного шара, резко отличная по строению и геологической истории относится к Индо-Атлантическому сегменту.
Как известно, помимо тектонического своеобразия, Циркум-Тихоокеанский пояс отличается мощнейшим развитием в нем гранитоидного магматизма, спецификой металлогении, приуроченностью к нему самых значительных проявлений на Земле молодого вулканизма и сейсмичности.
В пределах ложа Пацифики фактически нет свидетельств его геологической истории древнее 180 млн лет. Но косвенно о ней можно судить по геологии внешних (континентальных) частей Тихоокеанского тектонического пояса, где встречаются офиолитовые серии с возрастом ~1 млрд лет. В сочетании с данными сейсмической томографии, установившей проникновение тихоокеанской неоднородности, выраженной пониженными скоростями сейсмических волн на всех глубинных уровнях, вплоть до земного ядра, можно полагать, что эта неоднородность скорее всего отражает очень древнюю асимметрию в строении планеты. Отметим, что глобальной структурной асимметрией обладают также другие планеты, такие как Марс, Меркурий, Венера, а равно Луна. Все они находятся на разных стадиях развития. Соответственно можно считать, что структурная асимметрия - это устойчивое свойство упомянутых небесных тел, возникшее вероятно еще в аккреционную стадию. Здесь необходимо упомянуть, что в настоящее время в космохимии уже нет места идее, что Солнечная система образовалась из хорошо перемешанного химически и изотопно однородного горячего газового облака. Базисом для такого суждения главным образом являются данные об изотопном составе метеоритов [Meteorites..., 1988]. Для таких элементов, как O, Mg, Si, Ca, Ba, Sr, Ti, Ag, Nd, Sm, Xe, Ne установлены внеземные изотопы, что и свидетельствует о гетерогенности досолнечной небулы. Она могла состоять из материала звезд, а также межзвездных облаков и в дальнейшем их изотопы были привнесены в Солнечную систему [Шуколюков, 1996]. Тем самым, последняя также гетерогенна, что и привело в ходе аккреции планет к их изначально неоднородному строению. Очень вероятно, что Тихоокеанский и Индо-Атлантический сегменты отражают эту первичную неоднородность.
Путь тектонического развития Индо-Атлантического сегмента, по сравнению с Тихоокеанским, совершенно иной. Именно в его пределах на протяжении нескольких миллиардов лет формировались материковые массы (кратоны). Время от времени такие массы соединялись и тогда образовывались суперконтиненты (Пангеи, Гондвана и др.), которые в дальнейшем раскалывались и части их расходились, открывая пространство для развития новообразованных океанов. Используя актуалистический метод, можно сказать, что ведущим механизмом при этом был рифтинг. В пределах ложа Тихого океана никаких признаков существования когда-либо континентальных масс нет.
Кардинальной проблемой является характер тектонических взаимоотношений сегментов на разных этапах геологической истории. Как выясняется, особенности распространения океанских железо-марганцевых отложений способствуют ее разработке.
Было показано, что океанские ЖМО распадаются на две группы: тихоокеанскую, с ее обширными полями богатых руд, и атлантическую, где площади оруденения ограничены и руды значительно беднее. Тем самым, выявляется новый критерий для противопоставления двух тектонических сегментов.
Индийский океан в его восточной половине характеризуется распространением ЖМО тихоокеанской группы, а в западной - атлантической. Этот факт, наряду со структурными особенностями и палеореконструкциями, позволяет считать, что в более древние геологические периоды восточная половина этого океана входила в состав Пацифики. Соответственно, Тихоокеанский тектонический сегмент охватывал большую площадь земной поверхности, чем в настоящее время. Но это означает, что происходит тектоно-геодинамическая экспансия Индо-Атлантического сегмента в отношении Тихоокеанского.
Выше указывалось, что очень сложной является проблема реконструкции тектонической структуры планеты для протерозоя и что на этот счет имеет место большое разнообразие трактовок [Сорохтин, Ушаков, 1993; Хаин, Божко, 1988; Piper, 1982; Rogers, 1996]. Данная работа показывает, что океанское марганценакопление периода 2200-1900 млн лет назад должно быть использовано, как важный критерий для соответствующих построений, касающихся гондванских материков. Основанием для этого служат весьма сходные марганцеворудные провинции Южной Африки, Восточной Бразилии и Индии, которые совершенно естественно объединить в единый протерозойский ареал марганценакопления. Возможно, что этот ареал охватывал также и некоторую часть Антарктиды. Именно в этих провинциях сконцентрированы основные мировые запасы марганцевых руд.
Очевидна пространственная приуроченность упомянутых провинций к Индо-Атлантическому сегменту Земли, а отсюда и генетическая связь их формирования с тектоно-геодинамическими обстановками, присущими этому сегменту.
В плане океанского марганценакопления в свете исторической тектоники и палеогеодинамики с полной отчетливостью выявляется доминанта осадочного генезиса марганцевых руд. Поступление марганца в океанские воды в своей массе связано с привносом его с суши и лишь в малой степени с подводными источниками.
Сам факт формирования стяжений Fe-Mn состава уникален для суши и возможен только в условиях водной среды. Это означает, что в механизме образования ЖМО заметную роль должен играть процесс физической или электрохимической адсорбции, при котором положительно заряженные коллоиды гидроокиси Fe будут притягивать отрицательно заряженные коллоиды гидроокиси Mn [Базилевская и др., 1979]. В то же время, при дальнейшем развитии рудных фаз, гидроокиси этих металлов проявляют свойственный им антагонизм и отторгаясь образуют характерную для ЖМО внутреннюю слоистость. Многочисленные микрозондовые исследования свидетельствуют о чередовании существенно Mn и существенно Fe слойков в стяжениях. Тончайшее механическое срастание двух рудных фаз препятствует их индивидуальной раскристаллизации, поэтому традиционные минералогенические методы (порошковая рентгенография) долгое время характеризовали их как слабораскристаллизованные, рентгенополуаморфные. Применение электронно-микроскопических методов позволило расшифровать структуры этих минералов, и вместе с тем привело к открытию новых. Однако все эти минеральные разновидности характеризуются слабоупорядоченными дефектными структурами, облучение которых потоками электронов, равно как и рентгеновскими лучами, приводит к созданию новых и преобразованию существовавших дефектов кристаллической решетки [Витовский, Эланго, 1985], т.е. по всей вероятности мы имеем дело с артефактом.
Таким образом, океанские ЖМО имеют слабоокристаллизованные рудные фазы, что увеличивает их подвижность при возможных изменениях условий среды, о чем упоминалось выше.
На вопрос - могут ли быть найдены древние неизмененные океанские ЖМО на суше - ответ может быть только отрицательным, поскольку "пережить" тектоно-магматический катаклизм, в результате которого произошел бы столь резкий подъем ложа океана, ЖМО без растворения не могут. Однако в растворенном состоянии рудное вещество ЖМО может достигать окраин океана и формировать раздельные железистые и марганцевые месторождения в тех минеральных формах (окислы, карбонаты), которые соответствуют новым условиям отложения.
Гигантское раннепротерозойское Fe и Mn рудоотложение произошло в результате, как уже упоминалось, глобальных катаклизмов.
Предложенная выше модель образования рудных формаций позволяет объединить процессы, происходящие в океане и на суше, она замыкает круговорот Mn на Земле по схеме: кора выветривания терригенный снос ЖМО океана месторождения Mn на суше. Принципиальная разница между этими этапами в том, что первый происходит эволюционно на протяжении всей истории Земли, а второй (формирование месторождений) связан с крупными, но геологически относительно кратковременными тектоно-магматическими катаклизмами, происходящими в пределах океанского ложа. Поэтому в истории Земли формирование марганценосных формаций было крайне неравномерным. Помимо крупнейшего протерозойского события, меньшее по масштабам, но также значимое, произошло в кайнозое (олигоцен), когда по периферии Паратетиса сформировались крупные месторождения - Чиатурское, Никопольское, Варненское и др. Условия отложения, химизм руд и минералогическая зональность в этих формациях весьма сходны с протерозойскими, отстоящими друг от друга во времени почти на 2 млрд лет.
Важно отметить, что оба этапа наиболее интенсивного накопления Mn произошли в Индо-Атлантическом сегменте Земли. По-видимому, именно в нем было наибольшее скопление континентальных блоков, периодически сходящихся в суперконтиненты. Что касается Тихого океана, то на окружающих его континентах подобных месторождений нет, но сопоставимые по масштабам отложения находятся в рудных полях его ложа. По данным Андреева [1994] прогнозные ресурсы Mn в Мировом океане оцениваются в 18,153 млн тонн, а на суше - в 15,571 млн тонн, т.е. находятся в соотношении близком к единице (1,2). Иными словами асимметрия океанского Mn-накопления сопровождается асимметрией Mn-отложений на суше. Это свидетельствует о генетических связях между этими формациями на Земле, с одной стороны, а, с другой, является доказательством разной геологической истории Индо-Атлантического и Индо-Тихоокеанского сегментов. Асимметрия осадочного Mn-накопления в общем коррелирует со структурной асимметрией Земли, уточняя ее границу, которая проходит в центральной части Индийского океана [Базилевская, 1997].
Заключение и выводы
Таким образом, существенно различающиеся по накоплению Mn сектора Мирового океана, имеют разную геологическую историю образования, но вмещают единую по составу морскую воду, история образования которой многократно превышает возраст ложа современного океана. Мобильность океанского дна, его постоянное обновление, исходящее от спрединговых центров, а также по иным причинам, приводит к тому, что древнейшая морская вода и неразрывно связанный с ней замкнутый круговорот Mn в океане, делают процесс океанского рудогенеза непрерывным и независимым от возраста ложа океана, но существенно зависимым от времени и механизма образования того или иного океанского бассейна.
В определенные периоды развития Земли создавались экстремальные условия, когда Mn, растворенный в восстановительных условиях (вместе с Fe), выносился в прибрежные окраины континентов и тогда возникали крупнейшие осадочные месторождения на суше (ранний протерозой, олигоцен). Основная масса их приурочена к континентам Индо-Атлантического сектора Земли. Интересно, что по общим запасам Mn они сопоставимы с массой Mn, связанного в рудных полях Индо-Тихоокеанского сектора Мирового океана. Это коррелирует с представлением о древности существования Тихоокеанского бассейна и не противоречит модели, что этот сектор Земли был исходно океаническим. Об этом говорит и тот факт, что практически все палеореконструкции расположения континентов в геологической истории оставляют эту часть планеты целиком, либо частично лишенной сиалических масс.
В
качестве
3-11-2013, 01:09