Феномен марганца

gordon0030@yandex.ru

Архив выпусков | Участники

↓№ 308↑

22.10.2003 Хронометраж

37:21

Стенограмма эфира

Падение крупных космических тел на Землю в далеком геологическом прошлом могло вызывать не только разрушение тонкой океанической коры, извержение мантии, изменение состава морской воды... О возможных сценариях образования залежей фосфоритов и железомарганцевых руд — геолог Елена Базилевская и физик Азарий Баренбаум.

Участники:

Елена Сергеевна Базилевская — кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник Института океанологии им. П. П. Ширшова РАН

Баренбаум Азарий Александрович — кандидат физико-математических наук, работает в Институте проблем нефти и газа РАН

Обзор

Работы геолога Елены Сергеевны Базилевской и физика Азария Александровича Баренбаума, отрывки из которых представлены в обзоре, посвящены геологической истории нашей планеты, гипотезам образования на Земле залежей фосфоритов, солей и железомарганцевых руд. Точки зрения ученых не совпадают, каждый изучил интересующую его сторону проблемы, по-своему рассмотрев при этом, возможность влияния на процесс образования месторождений полезных ископаемых мощных космических воздействий.

По статьям Е. С. Базилевской:

В сочетании с иссякающими запасами металлов в наземных месторождениях океанские руды, потенциал которых практически неисчерпаем, приобрели новый смысл и стали рассматриваться как руды XXI века.

Проблема марганценакопления на Земле до сих пор рассматривалась раздельно для месторождений суши и отложений океана. Удивительны данные оценок прогнозных ресурсов Mn в рудных полях разных океанов. Теперь появилась возможность найти взаимосвязь между Mn-рудными процессами.

Железомарганцевые конкреции (ЖМК), поднятые из глубин Мирового океана, — уникальный концентратор не только Mn, но и ряда металлов, имеющих высокую экономическую ценность, таких как Cu, Ni, Co, Zn и др.

До сих пор мы фактически не знаем, откуда берутся металлы, связанные в железомарганцевых отложениях (ЖМО), каков механизм формирования конкреций, скорости их роста и пр. И хотя исследований на эти темы опубликовано много (возможно, тысячи), по-прежнему сохраняется дискуссионность и неопределенность во многих вопросах.

После выхода в свет Металлогенической карты (и особенно Объяснительной записки) появилась возможность количественно оценить содержания отдельных металлов, связанных в ЖМО разных океанов. Надо только пересчитать приведенные в таблицах данные по многочисленным рудным полям и площадям и обобщить их. В работе Е. С. Базилевской приведены результаты сделанного для одного, самого загадочного и самого главного рудообразующего металла — марганца. Разумеется, не менее главный и гидроксид железа, но, во-первых, сорбционная емкость его в отношении малых элементов вдвое ниже, чем у гидроксидов Mn, а, во-вторых, распространенность Fe в природе почти в 50 раз выше, чем Mn, что и делает его присутствие в океанских рудах вполне естественным и не столь необычным. Например, кларковое отношение Mn/Fe в горных породах Земли составляет 0,017, а в конкрециях (образовавшихся из продуктов разрушения горных пород) оно — 1,44, т. е. возрастает почти на два порядка!

Откуда же берутся огромные массы марганца, связанного в рудных отложениях океанского дна?

Проблемы геохимии железомарганцевых отложений. Казалось бы, что само название океанских руд свидетельствует о близости геохимических свойств Fe и Mn, формирующих общие стяжения. Это же вытекает из их соседства в таблице Менделеева. Однако в природе, в зоне гипергенеза (коре выветривания), нет ни одного железомарганцевого минерала. Fe- и Mn-рудные месторождения нередко сопутствуют друг другу, но всегда разделены во времени и пространстве. Причина такого разделения кроется в разнице величин стандартного потенциала окисления — более низкого для Fe и высокого для Mn. Окисление Fe в природной обстановке происходит легче и быстрее.

В океане железо образует собственные минералы или входит в состав других (глинистых) как в окисленной, так и восстановленной (бескислородной) осадочной толще. Марганец же в твердой фазе может существовать здесь только в окислительных условиях в форме свободных гидроксидов высшей степени окисления, близкой к MnO₂. Но, как правило, происходит сорбционное связывание некоторого количества (обычно 1–2%) двухвалентного марганца в виде MnO, за счет окисления которого постепенно и наращивается собственная фаза гидроксида. Точнее его состав отражает формула: nMnO·MnO₂·mH₂O. В бескислородных осадках это соединение растворяется, восстанавливаясь до Mn²⁺, мигрирует к поверхности (в сторону кислородсодержащей среды). Именно так и случается в окраинных районах океанов на континентальном шельфе, где скорости накопления осадков речного стока велики и в их толще создаются восстановительные условия. По существу, окраинные районы океанов — это «фабрика», поставляющая растворенные Mn и, в меньшей мере, Fe в океан.

В классических трудах Н. М. Страхова показано, как происходит накопление металлов в благоприятных условиях (при высоком содержании растворенного кислорода и низкой скорости седиментации) глубоководных (пелагических) областей океанского дна, где и формируется наибольшее количество конкреций. Аналогичные условия возникают и на вершинах подводных обнажений, не покрытых осадками. В таких случаях нередко формируются рудные корки, обогащенные кобальтом.

Океанское дно характеризуется высокой мобильностью, при которой реализуется эндогенная (внутриземная) энергия. Это и процессы спрединга (раздвига) в океанических хребтах, и связанная с ними активизация вулканической и гидротермальной деятельности, и процессы субдукции, и др. Все они для ЖМО губительны, так как сопровождаются резким повышением температуры, снижением содержания кислорода в морской воде, а нередко излияниями кислых и восстановленных гидротермальных флюидов. В таких условиях ЖМО растворяются и обогащают морскую воду содержащимися в них металлами. При каждом подобном событии часть Fe остается связанной в нерастворимых минералах в осадочной толще, а Mn мигрирует в окислительную среду морской воды, где происходит его регенерация (переотложение), особенно интенсивная в зоне геохимического барьера на границе осадок — вода.

Итак, главное геохимическое различие Mn и Fe в океане сводится к тому, что Fe образует многочисленные минеральные формы, в которых и выводится из рудогенеза, осаждаясь как в окислительных, так и восстановительных условиях, в то время как Mn находится в твердофазной (гидроксидной) форме только в окисленной среде. Mn имеет замкнутый круговорот в океане. В ходе геологической истории он многократно может переходить из растворенного состояния в твердофазное и наоборот и каждый раз при этом теряет часть ранее связанного с ним Fe. Насколько резко произойдет их разделение, зависит от времени пребывания Mn в океане.

Таким образом, Mn в значительно большей степени, чем Fe, связан с гидросферой, и судьба его полностью контролируется изменениями физико-химических параметров морской воды (Еh, рН и др.). Для современного океана эндогенные проявления имеют локальный характер, и их последствия быстро нейтрализуются несопоставимо большими массами окисленной морской воды. Жизнеспособность восстановленных гидротермальных флюидов зависит от длительности действия питающих источников. В отдельных случаях они могут функционировать тысячи или десятки тысяч лет, но даже такие величины не идут ни в какое сравнение с многомиллионной историей окисного рудогенеза в океане, конечный результат которого — колоссальное накопление Mn.

История океанского марганценакопления. Вопрос о том, когда же началось Fe-Mn рудообразование в Мировом океане, неразрывно связан с историей возникновения самого океана.

С одной стороны, осадочный Fe-Mn рудогенез должен быть синхронным с океанским осадкообразованием. С другой, он — процесс современный и происходит в современных океанах. Наиболее древние осадки там имеют возраст не более 170 млн лет — максимальный возраст сохранившегося доныне дна океана, а точнее его мобильного ложа.

Можно ли сейчас найти прямые признаки существования более древних ЖМО? На современном океанском дне этого сделать нельзя по причине его геологической молодости, т. е. обновляемости дна, происходящей в результате нарастания молодой коры в срединно-океанических спрединговых хребтах, и последующего исчезновения ее, по мере удревнения, в окраинно-океанических зонах субдкуции (подныривании под континенты). При этом создаются условия (высокие температуры, отсутствие O₂), в которых Mn растворяется и мигрирует обратно в океан. К сожалению, Mn не несет в себе временной метки, и определить наличие древнего Mn в современных конкрециях и корках невозможно.

По распространенным представлениям, водные бассейны на Земле возникли еще в архее — 4,0–3,5 млрд лет назад, когда в обширных впадинах земной коры начала скапливаться вода, а точнее раствор, образовавшийся при дегазации недр планеты и находившийся в равновесии с породами ложа океана и первичной атмосферой.

Получены доказательства возможности существования протоокеанических бассейнов на Земле, а следовательно, и возможного накопления в них осадков.

Все известные палеогеографические (начиная с 3 млрд лет) реконструкции, воспроизводящие расположение древнейших континентов во времени и пространстве, подразумевают присутствие Мирового океана, на фоне которого происходили глобальные процессы создания суперконтинентов. В частности — первого суперконтинента, сформировавшегося в самом конце архея и развивавшегося в раннем протерозое (т. е. спустя 2 млрд лет после появления на Земле признаков существования гидросферы), — Пангеи-0. С ней связано образование гигантских Mn-рудных месторождений, находящихся сейчас на разных континентах: в Южной Америке (Бразилии), Азии (Индии) и Южной Африке. Считается, что в период 2500–2200 млн лет тектонический режим Пангеи был спокойным. Это был крупнейший из спокойных периодов в истории Земли с очень медленным отложением хемогенно-пелагических осадков. Заметим, что период в 300 млн лет спокойного осадкообразования (а следовательно, и Fe-Mn рудообразования) почти вдвое больше времени существования современного океана. Кроме того, общая масса воды и ее состав уже 2,5–2,0 млрд лет назад были близки к современным. Исследование древнейших окисленных осадков, вмещающих Mn-рудные отложения в Африке, указывает на присутствие кислородной атмосферы 2,25–2 млрд лет назад. Таким образом, в истории Земли существовал уникальный период.

Но если в раннем протерозое существовал единый суперконтинент — древнейшая Пангея-0, — то и океан был единым. Предполагается, что переломным моментом в структурном развитии суперконтинента оказался рубеж 2200–2000 млн лет назад, когда началось его дробление и образование нескольких материковых блоков. Однако причина раскола этого континента и дрейфа отдельных блоков остается неясной.

Модель образования крупнейших месторождений Mn на суше. А теперь вернемся к вопросу: могут ли быть найдены какие-либо доказательства существования древних ЖМО? Весьма весомое и аргументированное свидетельство существования древнего океана с крупными накоплениями Fe-Mn-отложений — крупнейшие носители основной массы мировых ресурсов этих металлов, раннепротерозойские хемогенно-осадочные месторождения. Сейчас эти древнейшие марганцевые руды находятся на разных континентах. Причем только одно гигантское рудное поле Калахари (Южная Африка) содержит более 75% мировых запасов Mn.

Модели формирования подобных месторождений подразумевают апвеллинг (подъем) в области континентального склона и шельфа глубинных восстановленных вод, обогащенных растворенными Fe и Mn. Далее — последовательное отложение, сначала (при пониженных величинах окислительно-восстановительного потенциала) Fe-формаций, затем (при возрастании окисленности прибрежных вод) карбонатных и окисных Mn руд. Важно подчеркнуть, что месторождения образовывались в условиях пассивных тектонических окраин за короткий период времени — в промежутке 2300–1900 млн лет назад. Иными словами, все происходило в спокойной геологической обстановке без заметных катаклизмов на суше. Mn-отложениям здесь сопутствуют крупнейшие Fe-формации. Однако причина образования гигантских марганцевых рудных полей не установлена. Это одна из сложнейших загадок, попытка, объяснить которую с позиций обычных геологических методов остается пока безуспешной.

Считается, что крупные Mn-рудные отложения образуются только при высоком уровне моря, на пике трансгрессии, при сильном апвеллинге, выносящем огромные объемы глубинных вод на шельф. Однако сочетание медленного окисления основных масс морской воды и относительно быстрого отложения руд с геохимической точки зрения противоречиво. Нет ясности и в том, что послужило причиной трансгрессии.

Необходимое условие геологически быстрого образования крупнейших месторождений Mn — предварительная концентрация его в других формах.

Скорее всего это были окисные Fe-Mn-отложения, формировавшиеся в окисленных водах раннепротерозойского океана в течение сотен миллионов лет. Каким же образом металлы могли оказаться вынесенными из глубин океана и отложенными на окраине континента в шельфовой зоне? Здесь следует согласиться с нашими предшественниками, считающими, что растворение Mn и Fe произошло в восстановленных (лишенных кислорода) океанских водах.

Не исключено, что резкое, точнее катастрофическое, изменение состава воды могло произойти вследствие падения космического тела на расстоянии в сотни или тысячи километров от берегов. Столь отдаленный от континента эпицентр не мог оставить тектонических следов на суше, несмотря на всю грандиозность события.

Вероятность падения космических тел в акваторию океана выше, чем на континенты, поскольку океан занимает большую часть поверхности Земли, но до сих пор такие случаи не рассматривались. Существенно должны различаться и последствия падений на континентах, имеющих мощную кору в десятки километров, и в океане, где даже в глубоководных впадинах толщина океанической коры менее 10 км. Если на континентах мы имеем возможность фиксировать следы ударов астероидов и определять время и масштабы, произошедших катастроф, то океанское дно все скрывает. В то же время падения крупных космических тел в океан должны иметь более грандиозные последствия, поскольку они могут разорвать тонкую океаническую кору и спровоцировать мантийное извержение. При этом резко изменится состав морской воды — из окисленной она станет восстановленной и агрессивной по отношению к ЖМО, которые растворятся. Далее возможен следующий сценарий. Насыщенный металлами раствор в такой период трансгрессии океана выносится возникающими апвеллинговыми течениями на окраины континентов, где и происходит его окисление кислородом атмосферы и раздельное осаждение металлов в соответствии с их редокс-потенциалами. По-видимому, тектонические последствия взрыва постепенно залечиваются, ложе океана оседает и наступает период регрессии, при которой обнажаются окраинно-континентальные рудные отложения. Последующая их эволюция становится частью геологической истории протерозойского континента.

Резкое, точнее катастрофическое, изменение состава воды могло произойти вследствие падения космического тела на расстоянии в сотни или тысячи километров от берегов. Столь отдаленный от континента эпицентр не мог оставить тектонических следов на суше, несмотря на всю грандиозность события.

По статьям А. А. Баренбаума:

Периодичность эпох фосфатонакопления и ее возможные космические причины. Современные представления о спиральных галактиках, основанные на волновой теории и рассматривающие галактические ветви как бегущую волну уплотнения вещества в звездогазопылевом диске галактик, далеки от действительности и не адекватны природе галактического феномена. Они никак не отражают и не учитывают одно из наиболее принципиальных свойств этих систем, связанное с разрушением в галактическом центре звезд и удалением их газопылевых продуктов струйными потоками.

Наблюдаемую у спиральных галактик структуру одновременно формируют две самостоятельные системы ветвей — одна с архимедовым, а другая с логарифмическим типом закрученности спиралей. Первая обусловлена струйным истечением газопылевого вещества из ядерного диска галактик, а вторая — тесно связана со спиральным электромагнитным полем звездной системы и повторяет его конфигурацию. Генерируя последнее, галактики, по-видимому, обеспечивают сохранение своего магнитного момента при эволюции.

С учетом струйного истечения А. А. Баренбаумом разработана физическая модель, позволяющая объяснить основные особенности строения спиральных галактик, исходя из условий взаимодействия истекающего из ядра этих систем газопылевого вещества с закрученным в логарифмические спирали их электромагнитным полем. Построенная модель апробирована на примере галактики М 31, относящейся к S-типу по Хабблу.

Предложенные модельные представления имеют дальнейшее обоснование и развитие применительно к нашей Галактике, относящейся к SB-типу, а именно, в работах А. А. Баренбаума изложен круг вопросов, касающихся разработки галактической модели геологической цикличности с учетом явления струйного истечения вещества из центра нашей звездной системы. Вопросы включали: определение у Галактики количества струйных потоков; расчет параметров орбиты движения Солнца в Галактике; вычисление моментов пересечения Солнцем струйных потоков и спиральных галактических рукавов. А также проверка адекватности модели на основе сопоставления ее предсказании с данными астрономических и геологических наблюдений.

Результаты исследования. У Галактики имеются 2 струйных потока, выходящих из двух диаметрально противоположных точек ее быстровращающегося газопылевого ядерного диска. Период вращения диска составляет 50 млн лет, скорость истечения вещества из диска 300 км/с. Диск наклонен к плоскости логарифмических спиральных ветвей на угол −(20 ÷ 24)° и, вероятно, испытывает прецессию с периодом своего вращения.

Проекция солнечной орбиты на галактическую плоскость представляет эллипс, вращающийся в сторону движения Солнца с угловой скоростью З · 10⁻⁹ лет⁻¹. Эксцентриситет эллипса — 0,36, а его большая полуось равна 10,2 кпс. Орбитальный и аномалистический периоды движения Солнца в Галактике соответственно составляют 223 и 250 млн лет.

Вертикальные колебания Солнца относительно галактической плоскости, если они есть, малы и не превышают 50 пс. Период и фаза этих колебаний, вероятно, синхронизированы с вращением ядерного диска Галактики.

Двигаясь по орбите, Солнце через каждые 19–37 млн лет пересекает струйные потоки вещества, истекающего из галактического ядра, и в эти моменты объекты Солнечной системы, в их числе Земля, подвергаются мощным космическим воздействиям. Все без исключения такие моменты выделяются на Земле как эпохи глобальных природных катастроф — геологических, климатических, биологических и др.

Катастрофичность происходивших на Земле событий возрастала при пересечении Солнцем одновременно струйных потоков и галактических спиральных рукавов. Моменты наиболее крупных катастроф выделены в геологии как границы периодов (систем) геохронологической шкалы фанерозоя, а менее крупных — как границы эпох и отделов.

Рассчитанные на основе модели времена всех важнейших геологических событий фанерозоя согласуются с данными фактических наблюдений в пределах экспериментальных ошибок последних. Материалы позволяют утверждать:

• Между важнейшими геологическими событиями в истории Земли и моментами пребывания Солнечной системы в струйных потоках и спиральных рукавах Галактики имеется причинно-следственная связь.

• В основе этой связи лежит непосредственное воздействие на Землю и в целом Солнечную систему объектов, движущихся в струйных потоках Галактики.

• Процессы, происходящие в Солнечной системе и на Земле в моменты пребывания Солнца в струнных потоках, не только указывают на время галактических воздействий, но и позволяют установить природу воздействующих объектов и вскрыть физический механизм воздействия.

О феномене полезных ископаемых. Все полезные ископаемые можно условно разделить на руды-примеси и руды-породы, и если первые образуют относительно небольшие аномалии и, прежде всего, интересуют исследователей как сырье, то вторые, к которым и относятся фосфориты, занимают огромные территории и отражают глобальные события, связанные с их возникновением. Кроме того, фосфор, как химический элемент, играет важнейшую роль в различных биогенных процессах, определяющих развитие нашей планеты.

Известны четыре ведущих гипотезы образования фосфоритов: биолитная, хемогенная, вулканогенно-осадочная и биохимическая. В биолитной гипотезе первостепенное значение придается массовой гибели фауны при слиянии холодных и теплых течений, а в качестве основного источника фосфора рассматривается костный детрит. В пользу этой точки зрения свидетельствуют многочисленные биогенные текстуры и микроструктуры, выявленные в фосфоритах в последние годы.

Согласно хемогенной гипотезе главную роль в образовании фосфоритов играет подъем из морских глубин к шельфу (апвелинг) насыщенных фосфатом вод, где за счет уменьшения парциального давления СО; фосфор выпадает из перенасыщенного фосфатами раствора в осадок хемогенным путем. Перенос фосфора в современных океанах действительно может осуществляться с помощью апвелинга. Однако осаждается фосфор не хемогенным путем, а в результате его потребления организмами в виде биогенного детрита, который затем перераспределяется в процессах диагенеза.

Вулканогенно-осадочная гипотеза допускает, что фосфор и часто ассоциирующий с ним кремнезем имеют эндогенное происхождение. Развивая эту идею, ученые связывают эпохи образования фосфоритов в венде — кембрии и мезозое с процессами рифтогенеза, полагая, что в то время базальтовая магма и эманации по глубинным разломам поступали на земную поверхность, что приводило к образованию апатитовых руд на континентах. Значительная часть фосфора при этом попадала в древние океаны, существенно повышая его концентрацию в воде, что в дальнейшем вызывало формирование крупных фосфатных провинций.

Биохимическая гипотеза в качестве главного источника фосфора предполагает речной сток с гумидных равнин в море. Растворенные в воде фосфаты и органические соединения концентрировались организмами. Отмирая, они опускались на дно и разлагались, и фосфор из органической формы переходил в неорганическую. При перенасыщении грунтового раствора фосфатом часть его вновь поступала в биогенный круговорот, а часть осаждалась в виде псевдобиоморфов.

Новые данные периодически укрепляют позицию то одной из гипотез, то другой, но не позволяют окончательно отдать им предпочтение. Более того, у дискутирующих сторон появляется все больше аргументов против каждой из них. В последние годы предложены и новые гипотезы фосфогенеза.

Наиболее сложной проблемой остается объяснение причин образования фосфатоносных бассейнов в узком стратиграфическом промежутке и источника питания их фосфором. В настоящее время установлено, что формирование крупных фосфатоносных провинции имело место лишь в отдельные сравнительно непродолжительные периоды истории Земли (меньше 10 млн лет): венд — ранний кембрий, пермь и поздний мел — ранний палеоген. К этим трем эпохам относятся практически все известные фосфатоносные бассейны планеты. Вне указанных периодов месторождений фосфора либо очень мало или они вообще отсутствуют.

А. А. Баренбаумом и Т. В. Литвиновой предлагается новая гипотеза, объясняющая существование эпох фосфатообразования и тесно связанного с ним карбонатонакопления массовым падением на Землю галактических комет.

Эволюция нашей звездной системы сопровождается постоянным разрушением звезд в ее центре. Газопылевые продукты этого разрушения двумя струйными потоками истекают из ядра галактики. Распространяясь в галактической плоскости, они конденсируются в плотные облака, кометы и звезды. Солнце обращается вокруг центра Галактики по медленно эволюционирующей орбите, квазипериодически пересекая струйные потоки и спиральные галактические рукава.

Поэтому в моменты таких пересечений Земля и другие планеты солнечной системы подвергаются «бомбардировкам» галактическими кометами. Масса этих комет составляет ~10¹³–10¹⁸ г, а за время одной бомбардировки длительностью 1–5 млн лет на Землю может выпадать ~10³–10⁵, а иногда и ~10⁶ галактических комет.

В геологической истории Земли моменты падений комет выделены как эпохи глобальных природных катастроф: геологических, климатических, биотических и др., которые служат границами стратонов современной стратиграфической (геохронологической) шкалы. Наиболее интенсивные кометные бомбардировки имели место в условиях одновременного пребывания Солнца в струйных потоках и спиральных галактических рукавах.

Предполагается, что в эпохи кометных бомбардировок наряду с кометами струйных потоков на Землю падали также кометы спиральных рукавов галактики. Согласно предложенной А. А. Баренбаумом теории, максимальной численности в рукавах такие кометы должны достигать на расстоянии радиуса коротации 13,5 ± 1,0 кпс от центра галактики. Следует также ожидать, что состав этих комет отличается от вещества комет струйных потоков повышенными содержанием Аl, Si, Р, Са и, вероятно, некоторых других элементов со средними атомными массами. Поэтому периоды поступления на Землю комет галакических рукавов должны характеризоваться отложением пород и руд соответствующего состава.

С целью обоснования данной гипотезы было исследовано соответствие распределения разведанных запасов фосфоритовых руд по отдельным эпохам фанерозоя и венда с положением Солнца относительно центра галактики и четырех галактических рукавов при его движении по орбите. Получилось, что эпохи образования месторождений фосфора приходятся на моменты нахождения солнечной системы в спиральных галактических рукавах. Причем все три основных периода фосфатонакопления отвечают удалению Солнца от галактического центра, близкому радиусу коротации. На расстояниях от центра Галактики, меньших этого радиуса, масштабы отложения фосфоритов и, соответственно, их разведанные запасы закономерно снижаются.

Для возникновения наблюдаемых фосфатоносных бассейнов содержание фосфора в галактических кометах должно составлять ~10⁻³–10⁻²%, что вполне достаточно. Следует также подчеркнуть, что выдвигаемая гипотеза предлагает объяснение лишь причин массового отложения фосфора в определенные эпохи прошлого, не затрагивая механизмов образования самих фосфатовых руд.

Гипотеза образования солей. Итак, галактические кометы характеризуются повышенным содержанием химических элементов со средними атомными массами, включая и фосфор, на этом основании гипотезу о Земле как открытой системе можно привлечь для объяснения причин соленакопления.

Процесс соленакопления протекал практически непрерывно — «с кембрия и доныне», при этом отчетливо выделяются периоды глобального галогенеза. Так, вендско-кембрийская эпоха характеризуется появлением галитов соляного кряжа в Пакистане и солей на побережье Персидского залива в конце венда и колоссальной усольской свиты на Сибирской платформе в кембрии. В позднедевонское время сформировались мичиганские галиты, виллистонские калиевые месторождения в Северной Америке, каменная и калийная соли Припятского прогиба, галиты Днепрово-Донецкой и Хатагинской впадин, две огромные соленосные толщи в Московской синеклизе и на Сибирской платформе. В пермский период также возникают грандиозные скопления галитов и калийных солей. Интенсивное солеотложение происходило в позднем триасе, в верхнеюрскую эпоху и в неогене.

Времена образования основных масс солей и фосфоритов очень близки и нередко совпадают. На связь обоих процессов также указывает близкое расположение некоторых фосфатных и соленосных палеобассейнов.

Если исходная идея о привносе на Землю кометного вещества правильна, то одновременно с фосфором должны поступать и другие химические элементы, синтезируемые в тех же ядерных реакциях, что и фосфор, нуклиды, например, в основном образуются в реакциях горения углерода, кислорода и кремния в недрах звезд-гигантов, а также при взрывах обычных звезд.

В периоды кометных бомбардировок на нашу планету поступает до 10²¹–10²² г космического вещества, состоящего на 80–90% из воды, на 5–10% из углерода, остальная его часть в основном сложена более тяжелыми химическими элементами в соответствии-с их космическим обилием. Этот космический материал сразу же вовлекается в глобальный круговорот вещества на Земле, что нарушает существующее на ней геохимическое равновесие. В соответствии с принципом Ле Шателье это резко активизирует протекание на нашей планете ряда геологических, климатических и биологических процессов, которые способствуют возвращению системы в устойчивое состояние. Приходя в равновесие, система избавляется от «ненужных» веществ и выводит их из круговорота. При этом основная масса воды с растворенными в ней солями и в том числе остальной космический материал поступают в Мировой океан. Вследствие этого содержание в морской воде солей, а также C, Al, P, Мn, Fe, Cu и многих других химических элементов в эпохе кометных бомбардировок увеличивается в десятки-сотни раз. Однако после прекращения падений комет состав морской воды быстро приходит в норму, а во внутриконтинентальных морях отлагаются аномальные геохимические осадки, преобразующиеся в дальнейшем в черные сланцы, фосфориты и эвапориты.

Очень эффективным механизмом возвращения геохимической системы в равновесное состояние является образование эвапоритовых бассейнов. Эти бассейны возникают вследствие вызванного кометами подъема уровня Мирового океана на десятки метров. Тогда его воды заливают равнинные области континентов, где в условиях частичной изоляции от Мирового океана преимущественно и происходит осаждение солей. При этом если плохо растворимые соединения фосфора, углерода и других химических элементов осаждаются еще в эпохи кометных бомбардировок и в акваториях океана, то значительная масса хорошо растворимых солей выпадает в осадок в эвапоритовых бассейнах позднее, причем в определенной последовательности.

Процессы интенсивного соленакопления и рудообразования в отдельные эпохи прошлого вполне объяснимы повышенным поступлением на Землю галактических комет и последующим вовлечением их вещества в геохимический круговорот. Причем если кометные углерод и фосфор, а также некоторые другие плохо растворимые химические элементы очень быстро выпадают в осадок и на долгое время выводятся из круговорота, то процесс осаждения солей в эвапоритовых бассейнах растягивается на миллионы-десятки миллионов лет.

Выдвигаемые обычно в качестве причин образования солей факторы климата, рифтогенеза и интенсивного вулканизма — это такие же возможные следствия кометных падений, как и образование самих солей. Взаимоотношения этих факторов с процессами соленакопления для конкретных осадочных бассейнов обсуждаются в литературе.

Библиография

Базилевская Е. С. Роль диагенеза в формировании железомарганцевых конкреций в рудной провинции Кларион-Клиппертон // Тихоокеанская геология. 1985. Т. 43. № 4

Базилевская Е. С., Пущаровский Ю. М. Океанское марганценакопление в свете исторической тектоники // Российский журнал наук о Земле. 1999. Т. 1. № 3

Базилевская Е. С. Феномен марганца на Земле // Природа. 2003. № 5

Баренбаум А. А. Двойственная природа спиральных галактик / Циклы природных процессов, опасных явлений и экологическое прогнозирование. М., 1993. Вып. 3

Баренбаум А. А., Ясаманов Н. А. Опыт построения детальной геохронологической шкалы позднего рифея на основе новых представлений о строении Галактики // ДАН. 1995. Т. 344. № 5

Баренбаум А. А., Ясаманов Н. А. Эволюция гидросферы и галактические кометы // Вестн. МГУ. Сер. Геология. 2001. № 4

Баренбаум А. А., Литвинова Т. В. Периодичность эпох фосфатонакопления и ее возможные космические причины // ДАН. 2002. Т. 385. № 2.

Баренбаум А. А., Гладенков Ю. Б., Ясаманов Н. А. Геохронологические шкалы и астрономическое время // Стратиграфия. Геол. корреляция. 2002. Т. 10. № 2

Баренбаум А. А. Галактика. Солнечная система. Земля. М., 2002

Баренбаум А. А., Литвинова Т. В. Распространение солей и фосфоритов в свете космической гипотезы // ДАН. 2003. Т. 389. № 2.

Вернадский В. И. Избранные сочинения. М., 1954

Объяснительная записка к Металлогенической карте Мирового океана / Под ред. С. И. Андреева. СПб., 1998

Barley M. E., Pickard A. L., Silvester P. I. Emplacement of a large igneous province as a possible course of banded iron formation 2,45 billion years ago // Nature. 1997. V. 385

Тема № 308

Эфир 22.10.2003

Хронометраж 37:21

www.ntv.ru

Сайт управляется системой uCoz