Фосфорит

Фосфориты - осадочные горные породы, больше чем на 50% сложенные фосфатными минералами. Фосфориты являются важным полезным ископаемым, как сырье для производства минеральных удобрений. Фосфориты сложены кальциевыми фосфатами, относящимися к группе апатита, точнее фторапатита. Минералогически фосфориты достаточно однообразны, поэтому основная их классификация - структурная.

Структурная классификация

Различают пелитоморфные (скрытозернистые) и фанероморфные (яснозернистые) разности.

Структурная классификация фосфоритов (по Фролову, 1993)
А. ПЕЛИТОМОРФНЫЕ.
I. Биоморфные: радиоляриевые, фораминиферовые (?), водорослевые.
II. Абиоморфные:

Бесструктурные аморфные ("сплошные");
Микрозернистые:
1. микросфероагрегатные: а) микропеллетовые, б) микрооолитовые, в) микросферолитовые и др.;
2. микрообломочные - алевритовые.

Б. ФАНЕРОМЕРНЫЕ, т. е. ЯСНОЗЕРНИСТЫЕ

Конкреции фосфорита в песчанике (из коллекции Минералогического музея им. Ферсмана)

I. Биоморфные:

Ракушняковые: брахиоподовые, аммонитовые и др.;
губковые;
cтроматолитовые;
костяные брекчии.

II. Абиоморфные:

Сфероагрегатные:
1. оолитовые;
2. сферолитовые (и оолитово-сферолитовые)
3. конкреционные
4. желваковые.
Обломочные (с различной размерностью зерен и их окатанностью)

Среди обломочных наиболее распространены песчаные (с размером зерна до 2 мм), другие (конгломератовые, брекчиевые) встречаются преимущественно в виде конкреционных и желваковых разностей. Таким образом, классификация не строгая, и показывает разнообразие структур, а не четкое разделение пород на группы: часто встречаются конкреции обломочных фосфоритов и др. По примесям различают также несколько типов фосфоритов: песчанистые, глинистые и др.

Происхождение фосфоритов

Единого механизма происхождения фосфоритов нет, они образуются из разных источников, разными способами и в различных обстановках.

Основным источником фосфора являются живые организмы - фосфор является биогенным элементом. Также значительное количество (однако во много раз меньше, чем в организмах) растворено в морских водах. Соотношение ежегодного поступления в океан при сносе с континентов и из гидротерм не установлено, но уже грубый подсчет показывает резкое преобладание роли сноса, хотя вопрос требует дополнительного изучения и учета эндогенного источника фосфора.

Достаточно очевиден механический способ накопления фосфоритов (однако он является вторичным): для всех обломочных и оолитовых разностей. Если даже признаки окатывания не развиваются, о механическом процессе накопления свидетельствует смешанность материала, указывающая на конденсацию желваков, оолитов, копролитов, раковин и других крупных зерен в результате перемыва осадков с рассеянными крупными фрагментами. Процесс конденсации играет главную роль в образовании рудных пластов фосфорита.

Первичное накопление фосфатов может происходить биологическим или химическим способом.

Аммонит рода Pavlovia в фосфоритовой конкреции. Нижний мел, р. Шмелёвка, Москва.

Биологическая форма первичного накопления фосфатов легко устанавливается для ракушняковых фосфоритов (брахиоподовых, аммонитовых и др.) и костяных фосфоритах. При отмирании и гибели организмов, накопивших в своих скелетах фосфатные соединения, их остатки накапливаются и создают первичный фосфоритовый пласт. Однако основными накопителями биогенных фосфатов являются микробные сообщества бактерий и цианобионтов (Михайлова, 2006), чья деятельность продуцирует интенсивное осаждение из воды фосфатосодержащих соединений. Кроме того, во многих мезозойских фосфоритовых конкрециях конкрециях захоронены многочисленные аммониты и двустворчатые моллюски. Эти организмы после их гибели стали центрами кристаллизации фосфатов как источники фосфора при их разложении бактериями. Так в разрезе у села Глебово на берегу Рыбинского водохранилища в Ярославской области в песках и песчаниках зоны Epivirgatites nikitini (верхняя юра, волжский региоярус) рассеянные в слое конкреции фосфорита маркируют места захоронения остатков моллюсков (Киселев и др., 2003). Черный цвет конкреций свидетельствует о большом количестве органического углерода в них.

Схема химического осаждения фосфата кальция в результате подъема глубинных вод (апвеллинга) на шельф, по А. В. Казакову (1937)

Однако бо́льшая часть фосфоритов лишена видимых органических остатков, или бедна ими. Хемогенная гипотеза образования фосфоритов была предложена А.В. Казаковым в 1939 году. Автор исходил из установленных к тому вpeмени фактов: исключительной бедности фосфором (5-10 мг/м³) поверхностных вод из-за энергичного eгo извлечения планктоном и другими организмами и мнoгoкpaтнoгo (в десятки и сотни раз) возрастания содержания Р₂0₅ с глубиной (до 300 мг/м³ и более), где фосфор освобождается из оседающего мертвого планктона. Высокое давление и низкие температуры на глубине приводят также к резкому возрастанию содержания CO₂ и растворимости карбонатов. При растворении карбонатных раковин фосфор высвобождается из них, что еще больше повышает их концентрацию на глубине. Если эти воды в процессе апвеллинга поднимаются к поверхности, где во много раз уменьшается давление и повышается температура вод, то CO₂ и другие растворенные газы начнут энергично выделяться в атмосферу, а удерживаемые ими в растворе соли осаждаться из пересыщенных растворов. Вместе с ними осаждаются и фосфаты, обогащающие карбонатную, глинистую и алевритовую фации шельфа и верхней части континентального склона.

Однако с помощью механизма Казакова накапливаются только рассеянные в других породах фосфориты, не образующие месторождений.

Г.И. Бушинский еще в 40-x годах начал разрабатывать диагенетическую теорию образования фосфоритов, ибо в иловых водах осадков содержание Р₂0₅ достиrает 2500 мг/м³. Эти воды, содержащиеся в рыхлом осадке, являются источником формирования микроконкреций - оолитов и других сфероагрегатов. Источником фосфора служат остатки организмов, постоянно осаждающиеся из толщи воды. При их разложении высвобождается и перемещается по осадку к определенным центрам с пониженным pH (например, к разлагающимися органическими остатками) и концентрируется там в виде более крупных образований. Это происходит как в условиях открытой системы, т. е. в стадию сингенеза (например, фосфатизируются водорослевые маты), так и несколько глубже, при диагенезе, но достаточно близко к поверхности осадка. Поэтому часто такие осадки перемываются и конденсируются.

Встречаются также (очень редко) гидротермально-хемогенные фосфориты, например метровый пласт в эффузивной свите Мтавари (верхний мел, Грузия).

Таким образом, большинство фосфоритов образуется биогенно-хемогенным путем, причем основным источником фосфора являются остатки организмов. Достаточно часто образовавшиеся фосфориты перемываются и конденсируются.

Условия образования фосфоритов

Фосфориты - преимущественно морские породы, однако в редких случаях они могут образовываться и на суше, например в корах выветривания известняков в аридном климате. В морях они отчетливо тяготеют мелководным обстановкам: к шельфу и отмелям, а в общем, к тем участкам, где остатки организмов успевают в условиях открытой или закрытой по отношению к морской воде системы преобразоваться так, что входящие в их состав фосфаты не рассеиваются, а концентрируются в виде микроконкреций. Это условие может достигаться различными путями: пониженной скоростью осадконакопления и спокойным гидродинамическим режимом или напротив, при штормовом осадконакоплении, когда остатки организмов захораниваются достаточно быстро и кучно, а уже в осадке вокруг них формируются фосфоритовые конкреции; таким способом образованы фосфориты разреза Ивановское-Михалево (р. Черемуха, Ярославская область, см. Киселев и др., 2003). Очень часто пласты фосфоритов документируют значительные перерывы в осадконакоплении.

Источники

Казаков А.В. Фосфатные фации. Происхождение фосфоритов и гeoлогические факторы формирования месторождений. М., 1939.
Киселев Д.Н. (ред.) Атлас геологических памятников природы Ярославской области. Ярославль, 2003. 120 с. (pdf)
Михайлова И.А., Бондаренко О.Б. Палеонтология. 2-е изд. М., Издательство Московского университета, 2006, 592 с.
Фролов В.Т. Литология. Кн. 2. М., изд-во МГУ, 1993, 432 с. (djvu)

Из публикаций

Фурман Е. П. О минералах, выполняющих внутренние полости фосфоритовых конкреций Подолии. - Минерал. сб. Львовск. геол. об-ва. - 1953. - № 7. - С. 97, 103.