Все
сказанное свидетельствует скорее об экзотическом характере этой разновидности
океанских руд и процессов, приводящих к их образрованию и не способных в
какой-либо мере повлиять на изменения в среде современного океана, для которой
типичным остается окисной Fe-Mn рудогенез.
Как
источник рудного вещества гидротермальная поставка несомненно имеет место в
отношении металлов, слагающих сульфидные постройки и подверженных неизбежному
окислению и растворению в океанской среде. Однако высокая количественная оценка
этого вклада для ЖМО сделана чисто умозрительно и с большим преувеличением,
особенно в отношении Mn. Она не учитывает особенностей геохимии Mn в океане, а
также такого важнейшего фактора, как геологическая длительность океанского
рудогенеза. Впрочем, последнее в равной степени относится к проблеме рудогенеза
в целом, поскольку практикуемый обычно расчет поставки рудного вещества в океан
может быть справедливым только при объективной оценке общей длительности этого
процесса, т.е. является предметом рассмотрения геологической истории океанского
рудонакопления.
2.
Историко-тектонические обстановки
Когда
же началось окисное Fe-Mn рудообразование в Мировом океане? С одной стороны,
будучи процессом осадочным, в принципе рудогенез может быть синхронным началу
океанского осадкообразования на Земле. С другой стороны, все современные ЖМО
сформированы в современных океанах, где наиболее древние осадки, в соответствии
с данными глубоководного бурения, имеют возраст около 170 млн лет. Встает
вопрос, имеются ли прямые признаки существования древнейших океанских ЖМО? По
распространенным представлениям водные бассейны на Земле возникли еще в раннем
архее, т.е. 3,5-4,0 млрд лет назад, когда в обширных впадинах земной коры стала
скапливаться вода, а точнее раствор, образовавшийся при дегазации планеты и
находившийся в равновесии с породами ложа океана и первичной атмосферой
[Пущаровский, Новикова, 1992]. Слоистые осадки раннеархейского возраста
обнаружены в Западной Гренландии, Западной Австралии, Южной Африке и на
Украине. Они свидетельствуют о существовании в это время терригенного сноса и
формировании кор выветривания. В Западной Гренландии возраст водно-слоистых
осадков более 3850 млн лет [Nutman et al., 1997]. Авторы утверждают, что в это
время не только существовала гидросфера, но и происходили хемогенно-осадочные
процессы, причем условия, удовлетворяющие стабильности жидкой воды, означают,
что температура поверхности суши была сходна с современной. Изотопы углерода
графитовых микровключений в апатите соответствуют их биоорганическому
происхождению, что позволяет говорить о следах жизни на Земле даже более 3850
млн лет назад. Иными словами получены прямые доказательства существования
субаквальной седиментации для раннеархейской Земли, а следовательно можно
предполагать вероятность существования протоокеанических бассейнов. По-видимому
это было также началом накопления в них Mn и Fe.
Заметим,
что все известные палеореконструкции, воспроизводящие расположение древнейших
континентов во времени и пространстве, начиная с 3-х млрд лет, подразумевают
существование Мирового океана, на фоне которого происходили глобальные процессы
создания суперконтинентов и их распада на отдельные блоки. Для данной работы
особенное значение имеет тектоническая история суперконтинента,
сформировавшегося в самом конце архея и развивавшегося в раннем протерозое
[Сорохтин, Ушаков, 1993; Хаин, Ломизе, 1995]. В период 2500-2200 млн лет назад
тектонический режим в его пределах был спокойным. Имеются высказывания, что это
был крупнейший спокойный период в истории Земли с очень медленным отложением
пелагических и химических осадков [Barley et al., 1997]. Переломным моментом в
структурном развитии суперконтинента (древнейшей Пангеи) оказался рубеж 2200
млн лет назад, когда началось его дробление. Однако, процесс этот не был
скоротечным, а происходил длительно и неравномерно. В результате возникло
несколько материковых массивов, особенностью которых было высокое стояние,
зафиксированное шельфовой или континентальной седиментацией. Между массивами
развивались подвижные пояса, замыкавшиеся гетерохронно. Окончательно этот режим
прекратился в эпоху мощного раннепротерозойского орогенеза, отвечающего времени
~1900 млн лет назад, когда возникла новая Пангея [Сорохтин, Ушаков, 1993; Хаин,
Ломизе, 1995]. Вся эта диастрофическая эпоха (2200-1900 млн лет назад) должна
рассматриваться как эпоха неустойчивого геодинамического режима,
характеризующегося сложным сочетанием в земной коре условий тектонического
растяжения и сжатия. В палеогеографическом отношении здесь можно говорить о
распространении суши, шельфов и разноглубинных водных бассейнов.
Иные
палеотектонические и историко-геологические представления принадлежат Дж.
Роджерсу [Rogers, 1996]. Им предложена схема, согласно которой первым
континентом на Земле был континент Ур, образовавшийся 3 млрд лет назад. Спустя
0,5 млрд лет возник континент Арктика, а еще через такой же промежуток времени
- континент Атлантика. Соединившись 1 млрд лет назад эти континенты образовали
первый суперконтинент Родинию. Но эту схему сам автор определяет как
умозрительную, базирующуюся лишь на предположениях. В особенности это относится
к древним континентам.
Однако
заметим, что слово "Родиния", введенное в 1991 году, все чаще
используется в литературе, хотя в сущности оно относится к ранее выделявшемуся
суперконтиненту (рифейская Пангея). О распространенности понятия
свидетельствует, например, отчет по итогам изучения Гондваны (проект IGCP
#288), в котором Родиния является отправной позицией [Urung, 1996]. Заметим
также, что мысли Дж. Роджерса лежат в русле концепции схождения и дисперсии
континентальных блоков в истории Земли, получившей широкое признание. В то же
время очевидно, что для более определенных представлений, особенно в отношении
геологической истории планеты в архее и протерозое, необходимы новые факты и
подходы.
3.
Океанское марганценакопление
Весьма
весомым и аргументированным свидетельством существования древнего океана являются
раннепротерозойские хемогенно-осадочные месторождения Fe и Mn руд - крупнейшие
носители основной массы мировых ресурсов этих металлов. Д. Шиссель и Ф. Аро
предложили новый подход к тектоническому положению крупнейших осадочных
бассейнов этого возраста [Schissel and Aro, 1992]. Основываясь на
палеореконструкции Д. А. Пайпера [Piper, 1982], предположившего
амальгамирование протерозойского суперконтинента между 2000-1800 млн лет, они
показали, что большинство крупнейших бассейнов с Fe- и Mn-формациями образовывались
в условиях пассивных тектонических окраин без признаков существенного
вулканизма, на мелководных континентальных шельфах. Ранний протерозой (2,5-1,9
млрд лет) в истории Земли характеризуется развитием основной массы крупнейших
железорудных формаций, составляющих свыше 90% всех мировых запасов. С ними
ассоциируют крупнейшие Mn-рудные месторождения в Южной Африке, Бразилии и
Индии; только одно гигантское поле Калахари (Южная Африка) содержит более 75%
мировых запасов Mn. Такая ассоциация железорудных и марганцевых месторождений
имеет прямую связь с океаническим источником этих металлов. Модель образования
подобных месторождений подразумевает апвеллинг глубинных восстановленных вод,
обогащенных Fe и Mn, в области континентального склона и шельфа и последовательное
отложение, сначала Fe-формаций при пониженных величинах редокс потенциала,
затем карбонатных и окисных Mn руд, при возрастании окисленности прибрежных вод
[Hem, 1972; Krauskopf, 1957]. Она применима и к другим крупным осадочным
месторождениям Mn, в частности, к олигоценовым.
|
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 |
Страницы: 1, 2, 3
|