Влияние среды на образование марганцевых конкреций

Марганцевые конкреции той или иной формы встречаются во всех типах океанских осадков, формирующихся в окислительных условиях. Так, зерна двуокиси марганца являются весьма распространенными компонентами терригенных осадков, накапливающихся близ континентов. При этом следует указать, что терригенные осадки, как правило, формируются со значительно большими скоростями, нежели конкреции. В результате как только конкреция оказывается погребенной донными осадками, прекращается ее рост, обусловленный процессами соединения коллоидных частиц. Таким образом, конкреции будут вырастать до значительных размеров в тех участках морского дна, где скорость формирования ассоциирующих с ними осадков меньше, чем скорость формирования конкреций, либо в тех местах, где конкреции могут при помощи каких-то посторонних агентов оставаться на поверхности ассоциирующих с ними осадков.

Ассоциирующие осадки

Большое количество сведений, касающихся накоплений марганцевых конкреций на дне океана, можно найти в отчетах экспедиции "Челленджера" (Murray, Renard, 1891) и "Альбатроса" (Agassiz, 1901, 1906; Murray, Lee, 1909). Эти труды содержат описания проб донных осадков, таблицы и карты распространения. Анализ таблиц позволил сделать некоторые расчеты, которые проливают свет на характер соотношений между распределением марганцевых конкреций и типами осадков, в частности были установлены некоторые особенности распределения марганцевых конкреций и зерен в пелагических осадках Тихого океана (табл. 21). Важно отметить, что в этой таблице марганцевые зерна фигурируют значительно чаще, чем конкреции, вследствие того, что на многих станциях отбирались лишь образцы осадков. Таблица также содержит данные о распределении микроконкреций марганца в осадках Атлантического океана. В целом марганцевые зерна ассоциируют с марганцевыми конкрециями относительно больших размеров. Однако обратный характер таких соотношений наблюдается далеко не всегда.

^* (Только Тихий океан (Murray, Renard, 1891).)

^** (Главным образом вулканические илы. Включают только осадки, поднятые с глубины более 1830 м.)

^*** (Все образцы относятся к юго-восточной части Тихого океана (Agassiz, 1906).)

^**** (Вулканические илы, скалистый грунт, зеленый ил, синий ил.)

^***** (Dietz, 1955.)

^****** (Зеленый ил, коралловый ил, диатомовый ил, глубоководный красный ил, известковый песок.)

Из анализа табл. 21 следует, что тип осадка оказывает некоторое влияние на формирование конкреций. При этом существенное значение имеет скорость формирования осадка и активность агентов, удерживающих конкреции на поверхности осадка в определенном участке дна. Наибольшие скопления марганцевых конкреций и зерен, как и можно было ожидать, встречаются в среде осадков, представленных красными глинами. Сущность такой ассоциации заключается в том, что скорость накопления красных глин очень мала, порядка миллиметров либо десятых долей миллиметра за 1000 лет.

Вывод о широком развитии марганцевых конкреций в радиоляриевых илах, видимо, преждевремен и может быть объяснен лишь тем, что основан на малом числе образцов осадков этого типа.

Залежи марганцевых конкреций отмечены также в известковых илах, выстилающих дно юго-восточной котловины Тихого океана. В этой области океана удавалось поднимать марганцевые конкреции на каждой дночерпательной станции, кроме того, наблюдения над колонками осадков подавляющего большинства станций свидетельствуют о весьма высоких концентрациях конкреций. Скорость формирования известковых осадков исчисляется величинами порядка нескольких сантиметров за 1000 лет. Следовательно, скорость формирования конкреций в этой области должна быть относительно высокой, и, таким образом, их возникновение представляет собой событие недавнего геологического прошлого. Либо следует допустить другую версию, согласно которой конкреции под действием какого-то процесса оставались на поверхности ассоциирующего с ними осадка, покрывающего дно океана.

Океанские донные течения

На многих фотографиях дна океана в осадках, окружающих марганцевые конкреции, нередко наблюдаются знаки струйчатости и ряби. Это свидетельствует о существовании вблизи дна ощутимых водных течений (рис. 47). Можно считать, что водные течения определенным образом способствуют формированию марганцевых конкреций; они уносят посторонние осадки, но не противодействуют притяжению заряженных частичек окислов марганца и железа к активным поверхностям; они поставляют свежие порции марганца и железа в область формирования конкреций; кроме того, при их помощи на дне океана поддерживается окислительная атмосфера. Если же в обстановке застойных вод создается восстановительная атмосфера, то в таких условиях марганцевые конкреции, по всей вероятности, растворяются.

Рис. 47. Марганцевые конкреции на дне Атлантического океана (30°37' с. ш., 59°07' з. д., глубина 5500 м, 300 миль к юго-востоку от Бермудских островов). Знаки размыва в осадках, среди которых лежат эти конкреции, указывают на существование значительных придонных течений. Заснятая площадь составляет примерно 4Х5 футов (фото Д. Оуэна, Вудсхольский океанографический институт, Вудс-Хол, Массачусетс).

Океанские донные течения могут также ускорять рост конкреций, смывая отложившиеся над ними осадки. Нередко на дне океана наблюдаются знаки ряби, в непосредственном соседстве с которыми находятся марганцевые конкреции. На рис. 48 отчетливо видно сосредоточение марганцевых конкреций в ложбинах знаков волнений, однако основание стяжений располагается, по-видимому, таким образом, как если бы эти стяжения были сконцентрированы под гребнями подобных знаков.

Рис. 48. Фотография дна океана (10°02' с. ш., 165°29' з. д., глубина 1640 м). Хорошо видны знаки волнений в известковых осадках. Темные объекты, концентрирующиеся во впадинках знаков волнений, представлены, по-видимому, марганцевыми конкрециями. Весьма вероятно, что конкреции накапливаются также и под гребнями знаков волнений.

Концентрически-слоистое строение конкреций указывает на последовательность периодов их роста, чередующихся с интервалами покоя (Chow, Patterson, 1959; Goldberg, Koide, 1958). Такой процесс можно было бы объяснить медленным движением волн осадка по океанскому дну, попеременно покрывающих и обнажающих эти конкреции. Под гребнем знака ряби рост конкреций прекращается и возобновляется заново, когда конкреции оказываются в ложбинах знаков волнений.

Скорнякова (1960) указывает на замечательную ассоциацию конкреций с участками абиссальных возвышенностей. Она отмечает, что столь тесная связь обусловлена расчлененным характером рельефа в этой зоне, где имеет место весьма медленный темп осадкообразования, а также тем, что разлагающиеся вулканические породы этой зоны могут поставлять марганец для образования конкреций.

Деятельность придонных животных

Другой характернейшей чертой осадков, среди которых располагаются залежи конкреций, являются следы деятельности животных. Многие исследователи описывают ряд бентосных организмов, которые бороздят, разрывают либо поедают встречающиеся на их пути глубоководные осадки, глубоко перерабатывая и изменяя их структуру и состав (Bramlette, 1963; Bruun, Wolff, 1961; Sokolova, 1959; Sparck, 1956; Зенкевич, 1961). Аррениус (Arrhenuis, 1963) описывает в своей работе колонки осадков, в которых роющие организмы почти полностью нарушили слоистую текстуру. На рис. 49 показаны характерные результаты деятельности организмов на поверхности морских донных осадков.

Рис. 49. Фотография дна океана (9°00' ю. ш., 171°28' в. д., глубина 5000 м). Хорошо различимы мелкие всхолмления, углубления, борозды, фекалии и другие проявления интенсивной деятельности животных в донных осадках. Сами конкреции видны весьма неотчетливо. В связи с этим интересно отметить, что из небольшого черпака, укрепленного на ножке подводной фотографической камеры, на этой станции было извлечено около 25 конкреций. Возможно, что конкреции, концентрация которых на этом участке довольно высока, скрыты под тонким слоем осадков.

Особое место среди рассматриваемых обитателей морского дна занимают илоеды, которые поедают поверхностные осадки, экстрагируя часть питательных органических веществ и выделяя оставшиеся. Размеры этих животных столь значительны, что если на их пути через осадок встретятся конкреции, то, очевидно, эти конкреции будут либо сдвинуты в сторону, либо проглочены и выделены из организма наряду с остальными неорганическими компонентами ила. В любом случае после встречи илоедов с конкрециями положение последних несколько изменится. Кроме того, в результате такого взаимодействия конкреция, по-видимому, окажется несколько смещенной к поверхности осадков.

Ряд организмов, в частности черви, обитает в верхних 25 см пелагических отложений. Продвигаясь сквозь осадок, организмы при соприкосновении с основанием конкреции выталкивают последнюю. Освободившееся пространство тотчас же заполняют мягкие осадки, в результате чего конкреции движутся вверх. Прочность на смятие пелагических осадков составляет величину порядка 50 г/см², что является вполне достаточным для того, чтобы выдерживать вес конкреции. Таким образом, создается обстановка, в которой нет условий для погружения конкреций в толщу осадков. Единственное, что может привести к захоронению конкреций, - это непрерывное выпадение осадков, отлагающихся как на самих конкрециях, так и вокруг. В ряде случаев, как видно на рис. 50, верхняя поверхность конкреций оказывается покрытой слоем осадков.

Рис. 50. Мозаика из марганцевых конкреций на дне океана (61°40' ю. ш., 170°40' в. д., глубина 5160 м, примерно в 1000 милях к югу от Новой Зеландии). Диаметр конкреций 2-8 см, концентрация составляет 2,5 г/см². На верхней поверхности конкреций начинают уже накапливаться осадки, однако близ краев стяжений заметны также и следы размыва (фото С. Калверта, Скриппсовский институт океанографии, фото ВМФ США).

При изучении всех этих вопросов весьма удивительным кажется обстоятельство, каким образом конкреции, образующие залежь, столь правильно располагаются на дне океана и достигают значительных диаметров, не срастаясь вместе и не образуя сплошной твердой корки на дне. Очевидно, разгадку этого явления следует искать в периодически прерывающемся процессе роста конкреций. При росте конкреций со скоростью 1-0,001 мм за 1000 лет необходимо, чтобы деятельность донных организмов была чрезвычайно активной, чтобы поддерживать соответствующее распределение конкреций на поверхности осадков.