Железомарганцевые конкреции (англ. Iron-manganese concretions), (англ. Manganese nodule) - аутигенные минеральные стяжения гидроксидов железа и марганца на дне озёр, морей и океанов. Наиболее широко распространены в пелагических районах Мирового океана. Железо-марганцевые конкреции находят во всех морях и океанах, а также нередко и в озёрах. Однако, только глубоководные океанические железомарганцевые конкреции имеют очень большую плотность залегания, до 200 кг/м2, образуя рудные поля, перспективные с точки зрения разработки полезных ископаемых. В составе железомарганцевых конкреций преобладают минералы марганца (тодорокит, вернадит, бернессит, бузерит, асболан) и железа (гётит, гематит), с ними связаны примеси всех представляющих экономический интерес металлов. Химический состав океанических конкреций крайне разнообразен: в тех или иных количествах присутствуют почти все элементы периодической системы Менделеева.
Начальные сведения о рудных образованиях на дне океана были получены в ходе проведения первой в истории мировой науки комплексной океанологической экспедиции на английском судне "Челленджер" (1872-1876 гг.). 18 февраля 1873 г. при драгировании в 160 милях к юго-западу от Канарских островов со дна были подняты округло-бугорчатые плотные чёрные конкреции - железомарганцевые конкреции, содержащие, как показали анализы, значительное количество марганца, никеля, меди и кобальта. Несколько ранее, в 1868 г., похожие конкреции были подняты со дна Карского моря во время экспедиции Н. Норденшельда на шведском судне "София", но тогда находка не привлекла к себе должного внимания.
Подробные сведения о железомарганцевых конкрециях (пространственное размещение, фациальная обстановка формирования, петрография, минералогия и геохимия) получены в результате исследований дна Мирового океана, проведённых исследователями различных стран (Великобритания, Pоссия, США, Германия, Япония и др.) в период Международного геофизического года (1957-1958) и в последующие годы.
В течение нескольких десятилетий после экспедиции “Челленджера” конкреции находили регулярно почти все последующие экспедиции, получавшие донные пробы, и начиная с 60-х годов ХХ в. стали появляться обоснованные предположения о глобальном характере железомарганцевого оруденения на дне океана. Так, по расчётам Д.Меро, общие ресурсы железомарганцевых конкреций на дне Тихого океана достигают 1.66*1012 тонн.
Другой тип подобных образований - железомарганцевые корки, которые, в отличие от конкреций, образуют протяженные относительно тонкие покровы на твёрдых породах различного состава, преимущественно на подводных поднятиях. Они были открыты и впервые описаны совместно с конкрециями в результате той же экспедиции на "Челленджере" и лишь много позднее выделены в самостоятельный морфогенетический вид сырья.
Опубликованные впоследсвие карты распределения железа и марганца в осадках Тихого океана продемонстрировали региональное обогащение этими металлами обширной юго-восточной зоны. Такое обогащение связывалось с поставкой гидротермального вещества. О возможном наличии в океане подобного процесса сообщал и К.К. Зеленов, непосредственно наблюдавший осаждение гидроксидов железа и алюминия из гидротерм на подводном склоне вулкана Бану-Вуху в Индонезии. А детальные данные по геохимии осадков и дальнейшие исследования показали глобальный характер подводной гидротермальной минерализации; были выявлены новые площади распространения металлоносных осадков в Тихом, Индийском и Атлантическом океанах, а также обнаружены древние металлоносные осадки в скважинах глубоководного бурения. Фациальные изменения рудных залежей на небольших расстояниях связаны с рельефом дна, локальными изменениями скоростей придонных течений, проявлениями диагенетических процессов, подводной вулканической деятельностью и подводным выветриванием вулканических пород. Наиболее перспективен пояс, протягивающийся между субширотными разломами Кларион и Клиппертон в южной части северной тропической зоны Тихого океана, между 6-8° и 15-16° северной широты, 120° и 180° западной долготы.
В формировании железомарганцевых конкреций могут участвовать несколько процессов, в том числе осаждение металлов из морской воды (водородный), ремобилизация марганца в толще воды (диагенетический), выделение металлов из горячих источников, связанных с вулканической активностью (гидротермальный), разложение базальтовых обломков морской водой и осаждение гидроксидов металлов за счёт деятельности микроорганизмов (биогенный). Некоторые из этих процессов могут работать одновременно или следовать один за другим в процессе формирования конкреций.
Глубоководные железомарганцевые конкреции залегают преимущественно на поверхности дна или в верхнем слое четвертичных осадков в виде монослоя, совпадая с ареалами предельно низких скоростей осадконакопления. Продуктивность измеряется от менее 1 кг/м2 до 50-70 кг/м2; при высоких концентрациях образуют характерные "мостовые". По морфологическим признакам выделяются собственно конкреции, глыбовые и плитоподобные образования и корки на поверхности пород. Конкреции имеют эллипсоидальную, шаровидную, лепёшковидную, плитчатую, желвакообразную и гроздьевидную форму. Размеры железомарганцевых конкреций колеблются от долей мм. (микроконкреции) до десятков сантиметров и даже метров, в среднем составляя 3-4 см. Обычно состоят из ядра и рудной оболочки концентрически-слоистого строения. Ядрами служат обломки разнообразных эффузивных и осадочных пород, органогенные остатки, минеральные зёрна. Отличаются высокой гигроскопичностью. Твёрдость 1-4. Плотность сухих конкреций 1600-2700 кг/м3. Среднее количество влаги 30%, иногда до 50%. Минералы железа представлены гидрогематитом, гидрогётитом, гематитом, гётитом, лепидокрокитом, минералы марганца - вернадитом, тодорокитом, бернесситом, рансьеитом, криптомеланом, браунитом, вудрафитом, пиролюзитом, рамсделлитом и др. Среди глинистых минералов преобладают монтмориллонит и нонтронит. Кластический материал содержит обломки вулканического стекла, кварца, полевого шпата, апатита и др. По средним содержаниям основных рудных компонентов (Ni, Cu, Co, Mn) железомарганцевые конкреции в пределах отдельных изученных районов сопоставимы с рудами месторождений, разрабатываемых на континентах. Железомарганцевые конкреции Мирового океана в среднем содержат (по Д. Кронену) следующие рудные компоненты (%): Na - 1,9409; Mg - 1,8234; Al - 2,82; Si - 8,624; Р - 0,2244; К - 0,6427; Ca - 2,47; Ti - 0,647; V - 0,0558; Cr - 0,0035; Mn - 16,02; Fe - 15,55; Ni - 0,480; Co - 0,284; Cu - 0,259; Zn - 0,078; Sr - 0,0825; Zr - 0,0648; Mo - 0,0412; Tl - 0,0129; Pb - 0,0900. Характерно наличие также Ag, Ir, В, Cd, Yb, W, Bi, Y, Hg и других элементов, концентрации которых значительно превышают средние значения для земной коры. Ресурсы железомарганцевых конкреций на поверхности дна Тихого океана разными исследователями оцениваются в 90-1650 млрд. т.
Проблема промышленного освоения глубоководных железо-марганцевых конкреций выдвинута в конце 1950-х гг. Были разработаны и опробованы комплексы с гидравлической (насосной и эрлифтной) и канатно-ковшовой системами подъёма железомарганцевых конкреций с глубины 5000 м. производительностью свыше 1000 т/сутки. Испытаны пирометаллургический, гидрометаллургический и комбинированный способы передела, позволяющие извлекать (%): 90 Mn, 80-90 Ni, 85-90 Cu, 65-70 Co. Предполагается, что первыми в промышленную эксплуатацию будут вовлечены месторождения железомарганцевых конкреций, расположенные в Тихом океане, в зоне Кларион - Клиппертон.
Литература
Статья
Обсуждение