предыдущая главасодержаниеследующая глава

Осадки океанского дна

Морские осадки подразделяются на две основные группы: терригенные осадки и пелагические. Терригенные осадки распространены вблизи берега и состоят, как правило, из минералов, поступающих в океан с суши. Эти осадки встречаются на разных глубинах и различаются по цвету, составу и структуре. Обычно в их составе отмечается некоторая примесь крупнозернистых частиц. В ряде областей терригенные осадки почти нацело состоят из известкового материала, образовавшегося вследствие разрушения раковин различных бентосных организмов. Накопления терригенных осадков могут достигать огромных мощностей. Например, морская часть дельты таких грандиозных дренирующих систем, как, например, Миссисипи, впадающей в Мексиканский залив, характеризуется толщей осадков общей мощностью 6000 м. Названия некоторых терригенных осадков, в частности тех их разновидностей, которые отлагаются в областях, близких к пелагиали, отражают их цвет. Например, зеленый ил, синий ил, желтый ил и т. п. В гл. 3 рассматривались осадки, компоненты которых представляют промышленный интерес.

Пелагические осадки

Пелагические осадки встречаются в глубоководных частях океана, значительно удаленных от берега. Они обычно представлены тонкозернистыми илами, цвет которых меняется от белого до темного красно-бурого; среди них выделяются осадки как неорганического, так и органического происхождения. Пелагические осадки, содержащие менее 30% органических остатков, называются красными глинами.

Таблица 10. Распределение площади дна океанов по ступеням глубин (Sverdrup et al., 1942)
Ступень глубины Площадь, %
Атлантический океан Тихий океан Индийский океан Мировой океан
м футы площадь между соответствующими ступенями нарастающий итог площадь между соответствующими ступенями нарастающий итог площадь между соответствующими ступенями нарастающий итог площадь между соответствующими ступенями нарастающий итог
0-200 0-656 13,3 13,3 5,7 5,7 4,2 4,2 7,6 7,6
200-1000 656-3280 7,1 20,4 3,1 8,8 3,1 7,3 4,3 11,9
1000-2000 3280-6560 5,3 25,7 3,9 12,7 3,4 10,7 4,2 16,1
2000-3000 6560-9840 8,8 34,5 5,2 17,9 7,4 18,1 6,8 22,9
3000-4000 9840-13120 18,5 53,0 18,5 36,4 24,0 42,1 19,6 42,5
4000-5000 13120-16400 25,8 78,8 35,2 71,6 38,1 80,2 33,0 75,5
5000-6000 16400-19680 20,6 99,4 26,6 98,2 19,4 99,6 23,3 98,8
6000-7000 19680-22960 0,6 100,0 1,6 99,8 0,4 100,0 1,1 99,9
7000+ 22960+ - 100,0 0,2 100,0 - 100,0 0,1 100,0

Биогенные илы подразделяются на две основные группы: известковые и кремнистые. Первые сложены преимущественно карбонатом кальция, присутствующим в форме скелетных остатков разнообразных планктонных организмов. Среди известковых илов выделяются три группы: глобигериновые илы, состоящие главным образом из раковинок пелагических фораминифер; птероподовые, сложенные преимущественно раковинами пелагических моллюсков, и кокколитовые илы, состоящие из остатков особого вида океанских водорослей, называемых кокколитофоридами. Главной составной частью кремнистых илов являются скелетные остатки планктонных организмов. В илах этого типа выделяются две группы: диатомовые илы, в основном сложенные створками диатомовых водорослей, и радиоляриевые илы, состоящие преимущественно из скелетов радиолярий. На рис. 34 схематически показано географическое распределение различных типов осадков на дне Мирового океана, а в табл. 11 приводятся площади океанов, покрытые этими осадками. Следует иметь в виду, что названные типы осадков в чистом виде встречаются крайне редко. Так, красные глины всегда содержат некоторое количество раковин известковых организмов, а в глобигериновых, птероподовых, диатомовых либо других илах, как правило, присутствуют глинистые частицы либо иной посторонний материал. На дне океана наблюдаются постепенные переходы от одного типа осадков к другому. И хотя существуют схемы классификации грунтов по содержанию в них органического компонента, при описании нередко возникают сомнения в том, следует ли называть поднятый осадок, скажем, глиной или органогенным илом.

Илы и глины являются преобладающими типами глубоководных океанских осадков, однако, помимо них, на дне океанов встречаются и другие образования, правда в относительно ограниченных количествах, но имеющие немаловажное экономическое значение. К ним принадлежат марганцевые конкреции и остатки животных Весь этот материал, включая глины и илы, можно рассматривать в качестве промышленно важных источников ряда ценных минералов.

Известковые илы

Известковые илы покрывают около 128 млн. км2 океанского дна, или примерно 36% общей площади океанов. Средняя глубина распространения илов составляет около 3500 м, однако глубины океана над поверхностью таких осадков меняются от 700 м до более 6000 м. Мощность слоя известковых илов в океане оценивается примерно в 400 м (Revelle et al., 1955). Оперируя величинами мощностей и площадью развития этих осадков, можно подсчитать, что в океанах заключено около 1016 т известковых илов. Установлено, что средняя скорость накопления рассматриваемых осадков равна приблизительно 1 см за 1000 лет, иными словами, ежегодно на океанском дне отлагается примерно 1,5 млрд. т илов. Эти цифры интересно сопоставить с величиной ежегодной добычи известняка на суше - 0,2 млрд. т, поскольку в промышленности последний может быть заменен известковыми илами. Если 10% залежей илов на океанском дне окажутся пригодными для эксплуатации, то его запасов хватило бы на 10 млн. лет. Не менее примечательным является и тот факт, что темпы накопления известковых илов в океане - 1,5 млрд. т в год - в 8 раз превышают ежегодное мировое потребление известняка.

Таблица 11. Распределение морских осадков (Kuenen, 1950; Sverdrup et al., 1942)
Тип отложений Мировой океан Атлантический океан Индийский океан Тихий океан
площадь, покрытая отложениями средняя глубина, м млн. км2
млн. км2 в % к общей
площади дна
океана
Терригенные
Шельфовые осадки
30 8 100 * * *
Полупелагические 63 18 2300 * * *
Пелагические 268 74 4300 61,6 63,3 143,2
Глобигериновые илы 126 35 3600 40,1 34,4 51,9
Птероподовые илы 2 1 2000 2,0 - -
Диатомовые илы 31 9 3900 4,1 12,6 14,4
Радиоляриевые илы 7 2 5300 - 0,3 6,6
Красные глины 102 28 5400 15,9 16,0 70,3

Среди многих видов организмов, участвующих в формировании известковых илов, основным агентом являются фораминиферы, в частности Globigerina bulloides (Murray, Renard, 1891). На этом основании наиболее распространенные известковые илы океанского дна называются глобигериновыми илами. Кроме того, в состав глобигериновых илов нередко входят раковины птеропод, кокколиты, рабдолиты, обломки неорганического происхождения - полевые шпаты, магнетит, кварц, зерна двуокиси марганца и вулканические частицы. Неорганические частицы разносятся по всему океану либо ветрами, как пыль материковых пустынь, либо водными течениями, в виде пемзы или других продуктов вулканических извержений, происходящих в глубинах океанов. Размерность частиц глобигериновых илов меняется в интервале 0,5-500 μ. В пределах же этого интервала распределение размерных фракций отличается относительным постоянством. Рис. 35 воспроизводит микрофотографии различных компонентов илов океанского дна. В табл. 12 приведен химический состав ряда образцов глобигериновых илов, поднятых с различных участков дна океана. Эти илы отличаются относительно высоким содержанием карбоната кальция - 93%. Как правило, осадки с высоким содержанием карбоната кальция встречаются в относительно мелководных областях океана, обстоятельство, которое с точки зрения эксплуатации этого сырья имеет большое преимущество. Табл. 13 содержит некоторые показатели, рассчитанные по данным табл. 12, а также показатели промышленной кондиции для каждого компонента, требуемые Американским обществом испытания материалов. Указанные в табл. 13 типы I и II цементных пород предоставляют самое распространенное в мире цементное сырье - 95% исходных материалов для цементного производства. Сопоставление среднего химического состава глобигериного ила и цементной породы позволяет предположить, что глобигериновый ил может быть использован в качестве хорошего цементного сырья. В этом нас убеждает высокое содержание в этих осадках СаО и относительно низкое содержание окисей магния, калия и натрия.

Рис. 35. Микрофотографии илов океанского дна. Отчетливо видна форма слагающих их частиц (фото Аллана Би, Ламонтская геологическая обсерватория, Палисейдс, Нью-Йорк). А - известковый ил (Атлантический океан, 35°06' с. ш., 45°56' з. д.), увеличение в 75 раз; Б - кремнистый ил (Тихий океан, 59°22' с. ш., 142°52' з. д.), снято на затемненном фоне, 150-кратное увеличение.
Рис. 35. Микрофотографии илов океанского дна. Отчетливо видна форма слагающих их частиц (фото Аллана Би, Ламонтская геологическая обсерватория, Палисейдс, Нью-Йорк). А - известковый ил (Атлантический океан, 35°06' с. ш., 45°56' з. д.), увеличение в 75 раз; Б - кремнистый ил (Тихий океан, 59°22' с. ш., 142°52' з. д.), снято на затемненном фоне, 150-кратное увеличение.

Таблица 12. Химический состав глобигериновых илов на различных участках океанского дна, в весовых % (Murray, Renard, 1891)
Широта 25°52' с 21°38' с 21°01' с 20°49' с 46°46' ю 7°45' с 38°06' ю 42°43' ю 21°15' ю
Долгота 19°22' з 44°59' з 46°29' з 48°45' з 45°31' в 144°20' в 88°02' з 82°11' з 14°02' з
Глубина, м 3560 3480 3580 4280 2520 3400 3350 2650 3650
CaCO3 65,2 74,5 79,2 67,6 86,4 93,1 82,6 91,3 92,5
SiO2 18,2 11,2 9,2 17,4 6,8 1,6 4,6 2,6 1,9
Al2O3 5,0 5,9 3,3 6,3 2,9 1,3 5,1 1,5 1,8
Fe2O3 4,8 0,5 0,8 2,2 1,1
CaSO4 0,7 0,5 1,2 1,9 0,8 0,3 0,6 0,7 0,2
MgCO3 1,7 1,3 1,4 2,6 0,2 0,6 1,1 0,3 0,9
Ca3(PO4)2 - - 1,1 - - 0,3 2,8 0,3 0,9
Потери при прокаливании 5,0 6,6 4,6 4,2 2,9 1,5 2,3 1,0 1,4

Глобигериновые илы, как видно из схемы распространения главных типов океанских осадков (см. рис. 34), являются преобладающим осадком на дне Атлантического океана. В Тихом океане накопления этих илов располагаются на расстоянии нескольких сотен километров от берегов и могут разрабатываться практически всеми прибрежными государствами. В Индийском океане глобигериновые осадки покрывают около 54% площади дна, причем если большая часть дна западной половины Индийского океана покрыта известковыми илами, то в его восточных областях преимущественно распространены красные глины. Накопления известковых илов располагаются в пределах 100-километровой полосы, протягивающейся вдоль континентального побережья океана.

Таблица 13. Сопоставление некоторых показателей табл. 12 с составом цементных пород I и II типов, принятых в качестве стандартов Американским обществом испытания материалов (ASTM)
Компонент Содержание, весовые %
максимум минимум среднее тип I* тип II*
CaCO3 92,5 65,2 81,4 74,1 73,8
SiO2 18,2 1,6 8,2 14,1 14,6
Al2O3 5,1 1,3 2,9 4,2 3,2
Fe2O3 4,8 0,5 1,9 1,8 2,3
CaSO4 1,9 0,2 0,7 - -
MgCO3 2,6 0,2 1,1 5,0 5,2

* (Типовые анализы цементных пород заимствованы из работы Тэггарта (Taggart, 1945).)

Большая часть площади дна северной половины Тихого океана покрыта красными глинами. Эти же осадки преобладают и в центральных областях южной половины Тихого океана, в особенности между 140° и 180° з. д. Глобигериновые же илы являются доминирующими осадками, которые обрамляют Австралию, Новую Зеландию и развиты до десятой северной параллели, а также в центральных областях юго-восточной части Тихого океана.

Как сырье для производства портланд-цемента, глобигериновые илы обладают многими преимуществами по сравнению с известняками. Помимо того, что состав глобигериновых илов полностью соответствует промышленным кондициям для цементного производства, они тонкозернисты, развиты на огромных площадях океанского дна в виде рыхлых осадков и доступны для разработки всем государствам, имеющим выход к океану.

Наилучшим способом разработки известковых илов является метод гидравлического драгирования. Его осуществление требует постройки гидравлической драги, способной ежедневно перекачивать 25 тыс. т осадка с глубины 4000 м, при этом стоимость капитальных затрат выразится суммой в 15 млн. долл. Стоимость добычи 1 т известкового ила составит около 1 долл., а расходы по перевозке от места добычи в порт, отстоящий на 200 км, дополнительно увеличат общую стоимость 1 т осадка на 1 долл. Так как ил находится в рыхлом, сыпучем состоянии, его транспортировку легко осуществить посредством перекачивания. Отпадает также необходимость измельчения этого сырья при подготовке его к производству портланд-цемента. Однако в этом случае весьма желательна промывка осадка пресной водой для удаления солей.

Помимо глобигериновых илов, среди океанских осадков известно еще несколько типов известковых илов. Среди них птероподовые и кокколитовые илы встречаются на весьма ограниченных участках океанского дна. Эти осадки с точки зрения их добычи как сырья для получения карбоната кальция не имеют ощутимых преимуществ перед глобигериновыми илами. Исключения составляют лишь те немногие случаи, когда содержание CaCO3 в этих илах повышается до 98,5%, что по крайней мере на несколько процентов выше количеств этого компонента в глобигериновых илах. Кроме того, птероподовые и кокколитовые илы обычно содержат меньше глинозема и кремнезема (табл. 14).

Таблица 14. Химический состав птероподового ила, в весовых % (Murray, Renard, 1891)
Широта 18°40' c 18°24' с
Долгота 62°56' з 62°56' з
Глубина, м 2400 820
SiO2 4,1 2,6
Fe2O3 2,9 3,0
Al2O3 1,5 1,8
Ca3(PO4)2 2,4 -
CaCO3 80,7 84,3
CaSO4 0,4 1,0
MgCO3 0,7 1,8
Нерастворимый
в HCl остаток
3,5 2,1
H2O 3,8 4,0

В коралловом песке и в самих кораллах содержание CaCO3: обычно превышает 90%. И хотя на многих островах коралловые отложения разрабатываются как известняковое сырье, эти образования уступают карбонатным илам с точки зрения цементного производства. Отрицательным фактором является необходимость агломерирования коралловых осадков в относительно компактную массу или крупнозернистые агрегаты и тем самым необходимость дальнейшего измельчения полученного продукта в общем процессе производства цемента.

Кремнистые илы

В океане широко развито два типа кремнистых илов. Первые, радиоляриевые, илы состоят преимущественно из раковин, скелетов и спикул планктонных организмов - радиолярий. Радиоляриевые илы распространены в Индийском океане в районах, окружающих Кокосовый остров, и к востоку от Мадагаскара. Подсчитано, что покрываемая этими осадками площадь дна Индийского океана составляет около 0,3 млн. кмг. В Тихом океане радиоляриевые осадки наблюдаются вдоль параллели 10° с. ш. и прослеживаются от нее на 5° к северу и югу; по широте район их развития ограничен 90° и 160° з. д. Южные области центральных частей Тихого океана характеризуются пятнистым распределением радиоляриевых осадков, которые в общей сложности покрывают в Тихом океане площадь около 6,6 млн. км2.

Обычно радиоляриевые илы располагаются в пограничной зоне между областями накопления известковых илов и красных глин. Эти три типа осадка постепенно сменяют друг друга, представляя собой илы смешанного состава в участках перехода. Разбавляющее влияние посторонних примесей приводит к тому, что содержание кремнезема в радиоляриевых илах редко превышает 60%. Табл. 15 иллюстрирует химический состав нескольких образцов кремнистых илов. Вследствие относительно высоких содержаний железа радиоляриевые илы часто окрашены в различные оттенки красного и бурого цвета. Радиоляриевые илы встречаются на глубинах 4300-8200 м, в среднем около 5300 м. Примечательно, что в Атлантическом океане радиоляриевые илы до сих пор еще никем не наблюдались.

Таблица 15. Химический состав кремнистых илов, в весовых %
* Радиоляриевый ил* Диатомовый ил* Диатомовый ил**
Широта 11°07' c 53°55' ю 46°35' ю
Долгота 152°03' з 108°35' в 24°15' з
Глубина, м 5000 3500 4402
SiO2 52,9 67,9 67,4
Fe2O3 5,9 0,4 5,0
Al2O3 8,2 0,6 11,33
P2O5 4,0 0,0 0,10
MnO 1,7 0,0 0,19
CaCO3 11,8 19,4 1,6
MgO 4,8 0,9 1,7
Na2O - - 1,64
K2O - - 2,15
H2O - - 6,33
Потери при прокаливании 16,5 5,3 -

* (Murray, Renard, 1891.)

** (El Wakeel, Riley, 1961.)

Второй тип кремнистых осадков представлен диатомовыми илами, сложенными из фрагментов планктонных растительных организмов. Накопление этих илов весьма четко ограничено северной периферией Тихого океана и южными окраинами Тихого, Индийского и Атлантического океанов. Эти осадки покрывают около 4,1 млн. км2 дна Южной Атлантики и 12,6 млн. км2 в южной части Индийского океана. В Тихом океане диатомовые илы занимают около 14,4 млн. км2. Эти осадки развиты на глубинах от 1100 м примерно до 5700 м, в среднем 3900 м. Наиболее чистые разности диатомовых илов имеют белый или кремовый цвет. Если принять мощность диатомовых осадков около 200 м, то общее их количество на дне океанов должно составить примерно 1013 т. Размерность частиц диатомовых осадков меняется в пределе 1-100 μ, но на гранулометрической гистограмме распределения отчетливо выражен максимум, отвечающий приблизительно 10 μ (Revelle, 1944). В высушенном виде диатомовые илы по цвету и структуре напоминают муку.

Чистые образцы диатомовых илов содержат не менее 90% SiO2, но в них, как правило, присутствует также небольшая примесь глинистых частиц. Однако существенные различия в размерах частиц позволяют сепарировать диатомовые илы и получить продукт с содержанием кремнезема не менее 99% в пересчете на воздушно-сухую навеску.

Кремнистые илы находят самое широкое применение в различных отраслях промышленности. Их можно использовать в качестве легких пористых наполнителей бетона, как фильтры, как сырье для изготовления кирпича, обладающего термо- и звукоизоляционными свойствами, как минеральные наполнители, абсорбенты и мягкие абразивы. Соединенные Штаты ежегодно потребляют около 0,5 млн. т диатомита, причем себестоимость 1 т добытого материала составляет около 30 долл. Себестоимость же 1 т извлекаемых со дна моря кремнистых осадков равна примерно 1 долл., однако транспортные расходы по доставке этого материала в большинство крупных центров потребления в ряде случаев существенно увеличивают стоимость 1 т этого сырья - до 10 долл. Сыпучесть материала позволяет осуществлять его транспортировку при различных перегрузочных операциях посредством гидравлической перекачки.

Скелетные остатки животных

Животные остатки - такие, как зубы акул, слуховые капсулы китообразных и т. п. - находят весьма ограниченное применение. Однако на некоторых участках океанского дна, где они встречаются в виде крупных скоплений, их следует рассматривать как важные побочные продукты при добыче других осадков.

 Рис. 36. Зубы акулы, поднятые с глубины 2500 футов, примерно в 100 милях от Джэксонвилла (Флорида). Зуб акулы, показанный на рис. 36, А, служит ядром марганцевой конкреции. Поверхность его очень гладкая, полированная, с глазуроподобным покрытием. Внутренние части зубов в значительной мере замещены окислами марганца и железа.
Рис. 36. Зубы акулы, поднятые с глубины 2500 футов, примерно в 100 милях от Джэксонвилла (Флорида). Зуб акулы, показанный на рис. 36, А, служит ядром марганцевой конкреции. Поверхность его очень гладкая, полированная, с глазуроподобным покрытием. Внутренние части зубов в значительной мере замещены окислами марганца и железа.

Известково-биогенный материал тела мертвой рыбы или другого погибшего морского животного не успевает погрузиться на дно океана, так как либо растворяется при опускании, либо уничтожается организмами, поедающими падаль. Но зубы акул и слуховые косточки китов, сложенные относительно крупными кристаллами трикальцийфосфата (размеры их превышают 110 Å), оказываются чрезвычайно устойчивыми к выветриванию и иным процессам разрушения, протекающим на океанском дне. В итоге эти органогенные остатки образуют довольно значительные накопления, нередко вместе с марганцевыми конкрециями, которые также, как правило, аккумулируются в тех участках океана, где скорость осадкообразования весьма мала.

Таблица 16. Химический состав скелетных остатков животных, находящихся на дне моря, в весовых % (Murray, Renard, 1891)
* Зуб акулы Слуховая
капсула
кита
Челюсть клюворыла
(Ziphuis cavirostris)
Мезоростральная
кость клюворыла
(Ziphuis cavirostris)
Широта 32°36' ю 32°36' ю 33°29' ю 36°48' ю
Долгота 137°43' з 137°43' з 133°22' з 19°24' в
Глубина, м 4350 4350 4350 3160
SiO2 2,5 0,6 - -
Fe2O3 6,5 9,3 - -
Al2O3 3,0 0,5 - -
Ca3(PO4)2 75,0 67,7 72,7 75,8
MnO - 2,9 - -
CaCO3 7,5 11,0 - -
MgO 0,7 0,3 - 3,6
F - - 1,7 0,03
Потери при
прокаливании
4,0 4,6 3,9 -

Встречающиеся на дне океана зубы акул и слуховые капсулы китов содержат до 34% Р2O5 и менее 1% фтора; наиболее часто содержание фтора составляет 1-2% (Murray, Renard, 1891). В табл. 16 приведен химический состав этих костных фрагментов, поднятых из различных участков океана, а на рис. 36 и 37 показан их внешний вид. Если зубы акул или слуховые капсулы китов длительное время находятся на дне океана, то они обычно покрываются оболочкой из двуокиси марганца. Нередко такие органогенные остатки являются ядрами марганцевых конкреций. Кроме того, во многих случаях наблюдается полное или частичное замещение внутренних частей костных остатков двуокисью марганца.

Рис. 37. Слуховые капсулы китов, поднятые в районе плато Блейк, к востоку от побережья США. Подобно зубам акул, слуховые косточки китов характеризуются полированной поверхностью с глазуроподобным покрытием.
Рис. 37. Слуховые капсулы китов, поднятые в районе плато Блейк, к востоку от побережья США. Подобно зубам акул, слуховые косточки китов характеризуются полированной поверхностью с глазуроподобным покрытием.

Некоторые морские животные обладают способностью экстрагировать определенные элементы из морской воды и концентрировать их в различных частях своего тела. Например, некоторые виды оболочников накапливают в своем теле ванадий в концентрациях, в 50 тыс. раз превышающих содержание этого элемента в морской воде. Анализы, выполненные Аррениусом и др. (Arrhenius et al., 1957), обнаружили в скелетных остатках рыб накопления цинка - 0,6-1,5%, меди - 0,1-0,5, олова - 0,05-0,15, свинца - 0,03-0,1%. В рыбных остатках отмечаются также заметные концентрации никеля и серебра. Крайне скудная информация не позволяет сегодня с определенностью обсуждать вопрос о распределении масс костных остатков рыб на дне океана. Не исключено, что рыбные остатки могут накапливаться в некоторых впадинах океанского дна, где темпы размножения огромных масс рыб значительно превышают их естественную убыль. Однако, если такие накопления и существуют, их объемы, очевидно, весьма ограничены, и, вероятнее всего, они встречаются в относительно мелководных частях океана, возможно на континентальных шельфах.

Другие минералы

Цеолиты - довольно часто встречаются на дне океана, причем в некоторых разностях этих минералов иногда отмечаются повышенные концентрации ряда металлов, в частности германия (Wardani, 1959). Однако о накоплениях такого рода цеолитов и их распределении на океанском дне известно очень мало.

Филлипсит - наиболее распространенный минерал некоторых пелагических глин; в отдельных случаях количества этого минерала достигают 50% от всего глинистого осадка (Bramlette, 1961). И хотя кристаллы филлипсита особенно развиты в весьма отдаленных от континентов областях океана, например в южных частях центральных областей Тихого океана или в центральных областях Индийского океана, все же не существует, очевидно, отчетливой связи между типом осадка и наличием этого минерала. Ассоциация филлипсита с красными глинами, по-видимому, обусловлена низкими скоростями образования глинистых осадков. В табл. 17 приведен химический состав кристаллов филлипсита, поднятых с глубины 4800 м, примерно в 600 км к северу от Таити. Меррей и Ренард (Murray, Renard, 1891) указывают на непременную связь филлипсита с вулканическими частицами. Это дает им основание считать, что филлипсит и другие цеолиты образуются в результате переосаждения химических компонентов, поступивших в раствор при выветривании вулканических обломков. Подобный процесс перераспределения происходит в верхних частях и на поверхности осадков. Размеры образующихся кристаллов филлипсита редко превышают 0,01 мм в диаметре. Нередко в них наблюдается повторное двойникование.

Таблица 17. Химический состав образцов филлипсита и палагонита, поднятых с океанского дна, в весовых % (Murray, Renard, 1891)
* Филлипсит Палагонит
Широта 11°20' ю 13°28' ю
Долгота 150°30' з 149°30' з
Глубина, м 4770 4300
SiO2 49,9 44,7
Fe2O3 5,5 14,6
Al2O3 16,5 16,3
MnO 0,4 2,9
CaO 1,4 1,9
MgO 1,2 2,2
K2O 5,1 4,0
Na2O 4,6 4,5
H2O 16,7 9,6

Палагонит - конечный продукт выветривания и гидратации базальтовых вулканических стекол; широко распространен в областях развития красных глин. Нередко ядра марганцевых конкреций сложены обломками палагонитового состава. Как видно из табл. 17, филлипситовые и палагонитовые осадки характеризуются повышенными содержаниями калия. Обсуждаемые в этом разделе минералы пока еще не представляют значительного промышленного интереса, и самих по себе их в настоящее время еще невыгодно добывать с тех огромных глубин океана, где они найдены. Однако их целесообразно получать как побочные продукты при извлечении марганцевых конкреций и других материалов глубоководных участков океанского дна. В пелагических осадках нередко присутствуют космические частицы сферической формы - сферулы. В состав их обычно входят никель и железо. Однако количество этих образований столь незначительно, что крайне сомнительно рассчитывать на то, что когда-либо их станут добывать даже в виде побочных продуктов при разработке других полезных компонентов.

Красные глины

Глинистые минералы (гидратированные алюмосиликаты) в подавляющем большинстве случаев являются конечными продуктами выветривания изверженных горных пород. Как правило, такие продукты выветривания очень тонко диспергированы и, образуя тончайшую взвесь в воде, способны оставаться неопределенное время в виде суспензии. Глинистые частицы, выносимые в океан реками, практически переносятся затем в любую часть океана, проходят сквозь толщу воды и отлагаются на океанском дне. Здесь в резко окислительной обстановке происходит смешение глинистых частиц с окислами железа, в результате чего глинистые осадки приобретают характерный красный цвет. Отсюда и происходит их название - красные глины, которое так удачно применяется к огромной массе образцов пелагических глинистых осадков. Однако красный цвет часто бывает изменен включениями зерен двуокиси марганца, которые придают глине темно-бурую окраску, либо наличием примеси известковых или кремнистых илов, осветляющих красноватый цвет осадка.

Подобно большинству глин, красные глины мягки и пластичны. В естественном состоянии они обладают консистенцией густого жира, а при высыхании обычно уплотняются в твердую, плотную массу, характеризующуюся значительной строительной прочностью. Если растирать красную глину между пальцами, то создается впечатление песчанистости, что обусловлено наличием в глинистой массе зерен двуокиси марганца, космических частиц, цеолитовых кристаллов, обломков раковин, пемзы или обломков иных пород. В некоторые области океана, например в прибрежные воды западного побережья Северной Африки или Западной Австралии, ветры приносят из внутренних пустынных районов континента огромное количество пыли. В результате донные осадки таких частей океана оказываются обогащенными в значительной степени эоловым материалом. Обломочные продукты вулканических извержений, в частности пеплы или пемза, быстро разносятся ветром и водными течениями по всей акватории океана и, таким образом, также становятся компонентами пелагических осадков. Однако в красных глинах содержание вулканических частиц диаметром более 0,1 мм редко превышает 1-2 весовых %. Исключение составляют лишь случаи, когда на поверхности этих осадков встречаются очень крупные (несколько сантиметров, а иногда даже метров в диаметре) обломки пемзы либо валуны, перенесенные водорослями. Выветривание пемзы и других вулканических пород, как полагает Меррей (Murray, Renard, 1891), играет важную роль в процессах глинообразования, протекающих на дне океана.

Таблица 18. Компоненты пелагической красной глины (Murray, Renard, 1891)
Компонент Весовые %
Пелагические фораминиферы 4,8
Донные фораминиферы 0,6
Другие организмы 1,3
Кремнистые организмы 2,4
Минералы 5,6
Тонкие частицы, удаляемые при отмывке* 85,4
Сумма 100,1

* (Представлены главным образом алюмосиликатами, а также частицами другого состава.)

Во время экспедиционных работ океанологического судна "Челленджер" (1873-1876 гг.) был проведен ситовой анализ осадков. В табл. 18 приводятся средний состав красных глин, рассчитанный на основании анализа 60 образцов. "Минеральные" компоненты, слагающие эти осадки, представлены зернами магнетита, окислов марганца, роговой обманки, палагонита, кварца, плагиоклаза, слюды, цеолитов, космических частиц, обломков пород, циркона и турмалина. В табл. 19 дан химический состав красных глин из различных частей Тихого и Атлантического океанов.

Таблица 19. Химический состав красных глин различных участков дна Тихого океана, в весовых % (Goldberg, Arrhenius, 1958)
Широта 16°36' ю 12°46' ю 9°17' с 19°01' с 27°38' с 35°09' с 53°01' с Среднее
из 51
образца*
Образец из
Атлантического
океана**
Долгота 162°43' з 143°33' з 124°09' з 177°19' з 124°26' з 157°17' з 176°15' з
Глубина, м 5125 4380 4410 4774 4400 5600 3660
SiO2 45,8 47,0 56,0 61,3 57,5 52,8 67,0 54,5 53,3
Al2O3 20,5 14,7 15,9 19,5 17,8 14,8 11,4 15,9 23,7
Fe 6,2 6,2 4,6 3,5 4,6 5,7 4,0 6,7 5,1
Ti 0,78 0,36 0,38 0,43 0,49 0,44 0,33 0,6 0,6
Mg 1,8 1,9 1,7 2,4 2,4 2,2 2,3 2,0 2,1
Ca 3,3 5,9 2,0 5,8 1,2 2,1 2,9 1,4 3,6
Na 4,5 4,4 3,9 4,1 2,8 2,6 2,6 1,6 2,8
K 2,6 2,2 2,5 3,1 2,2 2,9 1,1 2,4 2,6
Sr 0,05 0,041 0,035 0,061 0,040 0,030 0,036 0,047 0,019
Ba 0,069 0,26 1,2 0,16 0,60 0,11 0,10 0,18 0,45
Mn 1,5 3,0 0,87 1,6 0,46 1,6 0,14 0,7 0,09
Ni 0,028 0,039 0,031 0,083 0,011 0,026 0,003 0,02 0,012
Cu 0,077 0,14 0,20 0,093 0,066 0,038 0,010 0,019 0,012
Co 0,031 0,024 0,011 0,031 0,009 0,009 0,001 0,01 0,008
Cr 0,006 0,014 0,004 0,005 0,010 0,008 0,006 0,008 0,037
V 0,043 0,020 0,012 0,025 0,031 0,021 0,014 0,024 0,018
Pb 0,017 0,021 0,012 0,008 - 0,010 0,012 0,007 0,008
Mo 0,0065 0,0008 0,0017 0,011 0,037 - - - -
Zr 0,021 0,013 0,012 0,017 0,018 0,023 0,010 - 0,03
Y 0,016 0,039 0,013 0,0038 0,005 0,017 0,002 - -
Sc 0,0018 0,0044 0,0037 0,0040 0,0022 0,0028 0,0020 - -

* (Sverdrup et al., 1942.)

** (Correns, 1939.)

Несмотря на то что красная глина по своему составу не представляет особого практического интереса, такого рода осадки могли бы найти применение в производстве различных изделий из глины, а в очень отдаленном будущем как источник различных металлов. Если среднее содержание Аl2O3 в красных глинах около 15%, то в некоторых образцах оно превышает 25%. Подобные разности красных глин близки по содержанию глинозема к тем глинистым породам континентов, которые рассматриваются как сырье для получения алюминия. Концентрации меди, никеля, кобальта, ванадия, свинца, циркония и ряда редкоземельных элементов меняются от нескольких сотых до нескольких десятых процента. В некоторых красных глинах содержание меди достигает 0,20%. В работе Голдберга и Аррениуса (Goldberg, Arrhenius, 1958) приведены аналитические определения примерно 26 элементов в красных глинах из различных районов Тихого океана. В общем данные этих определений показывают, что высокое содержание меди, никеля, кобальта и других металлов коррелируется с относительно значительными количествами марганца. Таким образом, можно с уверенностью полагать, что эти малые элементы ассоциируются главным образом с марганцевыми зернами, повсеместно рассеянными в красных глинах. Если когда-либо будет сконструирована установка для отсеивания мелких частиц, сложенных двуокисью марганца (средний их диаметр около 0,1 мм), от красной глины, то остающийся на сите материал, по-видимому, окажется экономически ценной марганцевой рудой. Принимая, что содержание марганца в этих глинах около 1-2%, обогащение следует проводить с коэффициентом концентрации примерно 25. С экономической точки зрения недостатком такого процесса является то, что для получения 1 т концентрата со дна моря необходимо поднять 25 т исходной красной глины. Поэтому до тех пор, пока не будут созданы методы сепарации марганцевой руды на дне моря, нет серьезных оснований считать красную глину экономически рентабельным сырьем для получения марганцевых зерен и ассоциирующих с ними металлов. Однако в случае разработки красных глин как сырья для получения алюминия либо для производства строительных материалов имеет смысл извлекать марганцевые зерна в качестве побочного продукта.

Но вполне естественно, что, как бы ни сложились обстоятельства, связанные с разработкой красных глин, в первую очередь начнется добыча осадков с наивысшим содержанием полезных компонентов, при прочих равных условиях. В некоторых красных глинах содержание марганцевых зерен достигает 5%; вполне возможно, что в тех участках океана, где еще не проводилось опробование осадков, содержание этих компонентов окажется существенно более высоким. Низкая стоимость транспортировки осадков с океанского дна на поверхность - в береговых водах США не более 1 долл. за 1 т красной глины - сделает экономически заманчивым разработку красных глин при содержании в них марганцевых зерен, равном 10%. Необходимое условие при этом создание способов, позволяющих эффективно отделять марганцевые зерна от заключающей их глины.

Таблица 20. Количества и скорости накопления различных элементов в красных глинах*
Элемент Содержание**, весовые % Общее количество, 1012 т Скорость накопления, млн. т/год Мировое потребление***, млн. т/год Отношение общего количества к мировому потреблению, 1X106 Отношение скорости накопления к мировому потреблению Мировые запасы на 1958 г.****, млн. т Отношение общего количества к мировым запасам, 1X103
Al 9,2 920,0 46,0 4,72 200,0 10 570 1620
Mn 1,25 125,0 6,3 6,7 19,0 1 320 390
Ti 0,73 73,0 3,7 1,3 56,0 3 140 520
V 0,045 4,5 0,23 0,008 550,0 28 н. д.***** -
Fe 6,5 650,0 32,5 262,5****** 2,5 0,1 1350 480
Co 0,016 1,6 0,08 0,015 110,0 5 1,6 1000
Ni 0,032 3,2 0,16 0,36 8,9 0,5 13,5 220
Cu 0,074 7,4 0,37 4,6 1,6 0,1 150 50
Zr 0,018 1,8 0,09 0,002 900,0 45,0 н. д. -
Pb 0,015 1,5 0,08 2,4 0,6 0,03 43 35
Mo 0,0045 0,45 0,023 0,040 11,0 0,6 3 150

* (Общий запас красных глин в Мировом океане принят равным 1016 т, а скорость их накопления 5*108 т/год.)

** (Goldberg, Arrhenius, 1958.)

*** (Заимствовано из "Encyclopaedia Britannica Book of the Year", 1963.)

**** (McIlhenny, Ballard, 1963.)

***** (Нет данных.)

****** (Исходное железо.)

Примерно половина площади дна (70 млн. км2) Тихого океана покрыта красными глинами. Эти осадки преобладают в северной части и в южных областях центральной части Тихого океана. В Атлантическом и Индийском океанах красные глины занимают 25% площади дна, или 102,2 млн. км2. При средней мощности этих осадков около 200 м (Revelle et al., 1955) общие количества красных глин на дне океана оцениваются примерно в 1016 т. При средней скорости формирования этих осадков - 5 мм за 1000 лет - годовой темп накопления красных глин составляет около 5*108 т. В табл. 20 приведены данные о количествах различных элементов, содержащихся в красных глинах океана, а также скорости их годового накопления в этих осадках.

предыдущая главасодержаниеследующая глава






Разновидности жемчуга - или полезная информация для покупателей ювелирных изделий

Объяснено загадочное поведение минерала калаверита

Индийский рынок ювелирных украшений обгонит американский

Пять вопросов при приобретении бриллиантового украшения

История сапфиров: экспедиция к эфиопским месторождениям

Передвижная выставка о жемчуге из Катара

Как зародились редчайшие голубые бриллианты

Крупнейшую пресноводную жемчужину продадут впервые за 240 лет

Ложки, вилки, ножики… А в новой жизни - украшения

Лабораторные бриллианты занимают всё большую долю рынка

Советы ювелирного стилиста: выбор актуальных моделей женских колец

В 1905 году на руднике «Премьер» в Южной Африке добыт самый крупный в мире алмаз - «Куллинан»

Лабораторные бриллианты становятся популярнее

В Калининграде нашли янтарь весом более 3 кг

Муассанит: ярче бриллианта и крепче сапфира

На кувейтском острове нашли 3,6-тысячелетнюю ювелирную мастерскую

Сияющий опал: 10 удивительных фактов о самом красивом драгоценном минерале

Модный тренд 1950-х: ювелирные украшения, которые приклеивали к телу

Ювелирный этикет ношения колец: правила, которые необходимо соблюдать

Странные гигантские алмазы приоткрывают тайну состава Земли

Что хранится в королевской шкатулке?

Работу хабаровского ювелира приняли в постоянную экспозицию Эрмитажа

В Болгарии найден древний амулет из Китая



Rambler s Top100 Рейтинг@Mail.ru
© Карнаух Лидия Александровна, подборка материалов, оцифровка; Злыгостева Надежда Анатольевна, дизайн;
Злыгостев Алексей Сергеевич, разработка ПО 2008-2017
При копировании материалов проекта обязательно ставить ссылку на страницу источник: 'IzNedr.ru: Из недр Земли'