Биогенные осадочные месторождения

Биогенные минеральные месторождения формируются в верхних зонах земной коры за счет накопления и последующего преобразования органоминеральных агрегатов или за счет биохимических явлений. Это типичные месторождения биосферы, но с точки зрения минералогии эти процессы описаны еще недостаточно полно.

По А. А. Кораго, органоминеральные агрегаты создаются в живых организмах или возникают при их участии; в них все минеральные индивиды кристаллизуются как результат жизни клеток и разъединены органическим веществом. Классическим примером таких агрегатов являются кости высших позвоночных. Они состоят из тончайших волокон, которые, в свою очередь, сложены цепочками вытянутых кристаллов гидроксилапатита (Ca₅(PO₄)₂(CO₃OH))(OH), каждый длиной до 10 нм, разделенных белковыми (коллагеновым и др.) волокнами. На долю гидроксилапатита приходится до 70% костной ткани, на белковые перегородки – менее 30 %. Другой классический пример – перламутр и жемчуг в раковинах моллюсков, состоящие из слоев кристаллов арагонита и кальцита, разделенные органическим веществом конхиалином. В целом к таким органоминеральным соединениям относятся кости позвоночных и зубы животных (минеральная фаза – апатит и другие фосфаты), раковины моллюсков (арагонит, кальцит, апатит), твердые ткани фораминифер, кораллов и других кишечнополостных, трилобитов и других членистоногих, иглокожих, некоторых водорослей (во всех главными являются арагонит и кальцит), кремневые (опаловые) скелеты и твердые ткани планктонных организмов, радиолярий и диатомовых водорослей. Также ушные камни животных (минералы – барит, гипс, арагонит, кальцит, флюорит и др.), скорлупа яиц разных животных (кальцит – главная минеральная фаза). Всего же в составе древних и современных животных и растений обнаружено около 80 минералов и среди них даже такие обычные для эндогенных высокотемпературных месторождений, как, например, магнетит. По А. А. Кораго, волосовидные кристаллы магнетита и его зерна мельчайшего размера имеются в тканях некоторых органов лососевых рыб, пчел, бабочек, черепах, свиней, птиц.

За счет органоминеральных агрегатов отмерших организмов образуются осадочные горные породы и минеральные месторождения органического происхождения – известняки, фосфориты, кремневые породы (трепелы, опоки, радиоляриты). В ходе диагенеза первичные минералы органоминеральных соединений обычно перекристаллизовываются и значительно видоизменяются. В породах появляются новые минералы.

Биохимические явления приводят к образованию несколько иных минеральных месторождений. В ходе них формируются скопления фосфатов за счет химического взаимодействия помета птиц и летучих мышей (гуано) с воздухом и подстилающими породами, скопления селитры и фосфатов за счет химического преобразования птичьего помета, образуются минералы в составе мумиё. К биохимическим явлениям относится участие бактерий в образовании некоторых минералов и их месторождений – самородной серы, оксидов и гидроксидов марганца, бурого железняка. Велика роль бактерий при окислении сульфидных руд и формировании на их месте новых минералов, при превращении каолиновых масс в бокситы.

Диагенетическое минералообразование

Изменения, происходящие в осадке, называют диагенезом. Осадок состоит из обломочных частиц, химических и биогенных продуктов седиментогенеза, он насыщен влагой, которая во время осадконакопления по составу близка к наддонным водам. Но по мере его накопления и существования физико-химическая и биологическая обстановка в природных осадках (илах) постепенно меняется. В осадках, содержащих органическое вещество, поселяются бактерии, особенно велико их количество в поверхностном 5–6-сантиметровом слое, это аэробные, в том числе сульфатредуцирующие, бактерии. В процессе жизнедеятельности бактерий, разложения органического вещества постепенно расходуется кислород, среда становится все более восстановительной, меняется рН иловых растворов, осадок подвергается изменениям, в нем происходят различные минеральные превращения.

По наблюдениям В. Н. Логвиненко, происходящие в осадке изменения являются процессами физико-химическими, химическими и биологическими. В стадии диагенеза происходит уплотнение осадка и уменьшение его влажности, образование и старение коллоидов, образование новых минералов из иловых растворов, разложение одних минералов и возникновение других, перераспределение вещества в осадке – его перемещение и концентрирование. В стадию диагенеза за счет этих процессов образуются сульфиды железа, гидроксиды железа и марганца, халцедон и опал, гидросиликаты разного состава и структуры (главным образом, гидрослюды, глинистые минералы и цеолиты), некоторые карбонаты (арагонит, кальцит, доломит) и фосфаты. Они кристаллизуются в виде мельчайших частиц и зерен в цементе осадка, а при его последующих изменениях перекристаллизовываются с образованием стяжений, желваков, оолитов и конкреций. С этими процессами связано формирование ряда промышленных месторождений марганца, железа, цеолитов, фосфатов, глин и др.

Продолжительность стадии диагенеза, мощность зоны и граница раздела явлений диагенеза и метаморфизма до сих пор служат предметами обсуждения. По результатам подводного бурения и на основе определения геологического возраста и мощности илов пришли к выводу, что стадия диагенетического преобразования осадков может длиться до 150 млн. лет, а мощность зоны диагенеза достигать 1000 м.

Вопросы:1 Как образуются месторождения зон выветривания и какие минералы для них характерны? 2.В результате каких причин образуются обломочные породы? 3. От чего зависит минеральный состав россыпей и какие минералы в них накапливаются? 4. Что такое хемогенные месторождения и как они образуются? 5. Что такое органоминеральные агрегаты (приведите примеры)? 6. Что такое биохимические явления и какие минералы образуются в ходе этого процесса? 8. Что такое диагенез и как он происходит?

Методические указания

Изучая материалы данных лекций (по минералообразованию и ассоциациям) не надо стремиться сразу запомнить и заучить все: рассмотренные здесь вопросы генезиса минералов не могут быть полностью освоены в самом начале курса минералогии из-за недостаточного знания самих минералов. По мере прохождения курса знания по генезису минералов будут постепенно накапливаться и углубляться, а сейчас, после лекций и первого прочтения материала, надо обязательно приступить к практическому ознакомлению с учебными коллекциями образцов по типам минеральных месторождений и с музейными экспонатами. Начать это ознакомление лучше всего с образцов пегматитов, скарнов, грейзенов, гидротермальных месторождений, где минералы лучше всего окристаллизованы и эти породы лучше всего распознаются. В первую очередь надо обратить внимание на облик образцов – характер агрегатов) зернистые, друзовые, полосчато-зернистые и т. д.), размер зернистости и т. п. При знакомстве с минералами обращайте особое внимание на те, которые упомянуты в качестве главных. Старайтесь заметить в их кристаллах типоморфные признаки (характерные формы, цвет), позволяющие судить об условиях роста минеральных индивидов, попытайтесь определить в простейших случаях порядок образования минералов. В процессе практических занятий заполняйте рабочую тетрадь с минеральными ассоциациями. Отведите на каждую ассоциацию по странице: магматические – (основные и ультраосновные породы) и (средние и кислые), щелочные, эффузивные (без разделения); пегматиты – слюдяные, сподуменовые, щелочные и др.; скарны; гидротермальные месторождения; эксгаляционные; грейзены; метаморфогенные; зоны выветривания и окисления – латериты, бокситы, зоны окисления руд; хемогенные (из истинных растворов и коллоидов); биогенные; диагенетические. Записывайте в них пока главные минералы и их формулы, но только те минералы, которые сами видели в образцах. Из учебника не надо выписывать. В тетради будет только то, что вы сами увидели. При дальнейшей работе вы будете пополнять эти страницы новыми записями. Главные минералы подчеркните. В конце гола часть страниц окажется с большим количеством минералов, а часть – лишь с несколькими названиями, так и должно быть.

Приложения

Приложение 1            

ТАБЛИЦЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ЗАПОЛНЕНИЯ

Плотность минералов

Таблица 1