MANGANESE GEOCHEMISTRY IN SUPERGENE PROCESSES. A REVIEW

Я.Э. Юдович, М.П. Кетрис

Abstract


The main feature of Mn geochemistry in hypergenesis is oxidation by oxygen: Mn(II) ⇒ Mn(III, IV), resulting in the formation of manganates MnOx (x greater than 1 but less or equal 2), which can absorb numerous cations (K+, Ba2+, Со2+, Ni2+, Cu2+ etc.). The abiogenic oxidation of Mn under natural conditions is very slow; however, the biogenic oxidation is much faster. As a result of natural Mn(II) oxidation, weathering crusts of two climatic types are formed: the acid humid type (Mn is partly depleted) and alkaline arid type (Mn is concentrated). With all that, the final mineral paragenesis will strongly depend on the composition of substratum and on environmental Eh-pH characteristics. The patterns of Mn(II) oxidation and weathering crust formation including regional (the Timan and Urals) data and experimental findings are discussed.

Keywords


manganese, geochemistry, supergene zone, biosphere, biogenic oxidation, weathering crusts.

References


Батурин Г.Н. Геохимия железомарганцевых конкреций океана. – М.: Наука, 1986. – 328 с.

Батурин Г.Н., Дубинчук В.Т. Сульфидные минералы в железомарганцевых конкрециях Тихого океана // Докл. АН СССР. – 1983. – Т. 272. – С. 950–953.

Биогеохимия океана / Отв. ред. А.С. Монин, А.П. Лисицын. – М. : Наука, 1983. – 366 с.

Вернадский В.И. Геохимическая история марганца // Очерки геохимии. – 7-е (4-е русское) изд. – М. : Наука, 1983. – С. 82–100 с.

Гавшин В.М., Щербов Б.Л., Сухоруков Ф.В. и соавт. Закономерности распределения микроэлементов в профиле выветривания Барлакского гранитного массива // Геохимия рудных элементов в процессах выветривания, осадконакопления и катагенеза. – Новосибирск : ИГиГ СО АН СССР, 1979. – С. 5–19.

Горшкова Т.И. Биохимия марганца в осадках Белого моря // Яков Владимирович Самойлов – минералог и биогеохимик. – М. : Наука, 1974. – С. 42–64.

Грибов Е.М. Вещественный состав марганцевых руд месторождения Тахтакарача (Зеравшанский хребет) // Металлогения осадочных и осадочно-метаморфических пород. – М. : Наука, 1973. – С. 23.

Григорьева Т.Н., Дубинина Г.А., Мороз Т.Н., Пальчик Н.А. Минеральный состав оксидов Mn, синтезированных при участии микроорганизмов // Тихоокеанская геол. – 1993. – Т. 17, № 4. – С. 59–64.

Грязнов В.И., Романенко Г.Н. Об отделении марганца от железа в коре выветривания кристаллических пород Украинского щита в мезо-кайнозое // Литол. и полез. ископаемые. – 1963. – № 3. – С. 134–137.

Данилов М.А., Юдович Я.Э. Первая находка осадочных марганцевых руд в Северном Притиманье // Рудообразование на Тимане и Севере Урала. – Сыктывкар, 1981. – С. 94–99 (Тр. Ин-та геол. Коми фил. АН СССР. Вып. 34).

Демина Л.Л. Формы миграции тяжелых металлов в океане (на ранних стадиях океанского осадкообразования). – М. : Наука, 1982. – 119 с.

Занин Ю.Н., Замирайлова А.Г., Эдер В.Г. Карбонаты марганца в верхнеюрских отложениях Западно-Сибирского морского бассейна // Прогноз, поиски, оценка рудных и нерудных месторождений – достижения и перспективы. Науч.- практич. конф. (Москва, 20–22 мая, 2008). Тез. докл. – М. : ЦНИГРИ, 2008. – С. 79.

Копейкин В.А. Поведение марганца в процессе выветривания // Докл. АН СССР. – 1982. – Т. 263. – С. 444–447.

Листова Л.П. Физико-химические исследования условий образования окисных и карбонатных руд марганца. – М. : АН СССР, 1961. – 119 с.

Лысюк Г.Н. Биоминеральные фазы марганцевых агрегатов // Проблемы геологии и минералогии. – Сыктывкар : Геопринт, 2006. – С. 96–109.

Лысюк Г.Н. Минералогия океанических железо-марганцевых конкреций. – СПб : Наука, 1991. – 120 с.

Лысюк Г.Н. Микро- и наноразмерные бактериальные структуры марганцевых агрегатов // Наноминералогия. Ультра- и микродисперсное состояние минерального вещества. – СПб : Наука, 2005. – С. 480–503.

Лысюк Г.Н. Процессы биогенного марганцеобразования на дне океана // Минералогия и жизнь: происхождение биосферы и коэволюция минерального и биологического миров, биоминералогия: Матер. IV Междунар. семинара (Сыктывкар: 11–25 мая 2007). – Сыктывкар : Геопринт, 2007. – С. 113–114.

Македонов А.В. Закономерности размещения и образования железо-марганцевых конкреций в современных бассейнах и почвах // Рудные конкреции и конкреции рудоносных формаций. – Л. : ВСЕГЕИ, 1976. – С. 18–21.

Македонов А.В. Современные конкреции в осадках и почвах и закономерности их географического распространения. – М. : Наука, 1966. 284 с. (Тр. Моск. о-ва испытателей природы. Т. XIX. Отд. географический. Секц. осадоч. пород).

Пахомова С.В., Розанов А.Г., Якушев Е.В. Растворенные и взвешенные формы железа и марганца в редокс-зоне Черного моря // Океанология. – 2009. Т. 49. – С. 835–850.

Пахомова С.В., Якушев Е.В. О возможном механизме формирования верхнего минимума и нижнего максимума фосфатов на сероводородной границе Черного моря // Геология морей и океанов: Матер. 17 Междунар. науч. конф. (Школы) по морской геологии (М.: 12–16 ноября 2007 г.). Т. 3. – М. : ГЕОС, 2007. –С. 164–166.

Погребной В.Т. Марганец в корах выветривания разломных зон Украинского щита // Геология и геохимия марганца. – М. : Наука, 1982. – С. 199– 205.

Потконен Н.И. Марганец России: состояние, перспективы освоения и развития минерально-сырьевой базы. – М.: ВИМС, 2001, 84 с. (Минеральное сырье. Сер. Геолого-экономическая. № 10).

Савенко В.С. Физико-химический анализ процессов образования железо-марганцевых конкреций в океане. – М. : ГЕОС, 2004. – 156 с.

Самойлов Я.В., Титов А.Г. Железо-марганцевые желваки со дна Чернаго, Балтийскаго и Баренцова морей // Тр. геол. и минерал. музея им. Петра Великаго Российской АН, 1922. – Т. III (1917–1918). – Вып. 2. – С. 25–112.

Соколова-Дубинина Г.А., Дерюгина З.П. Роль мироорганизмов в образовании родохрозита в озере Пуннус-Ярви // Микробиология. – 1967. – Т. 36. – С. 535–542.

Сорокин Ю.И. О микрофлоре железо-марганцевых конкреций со дна океана // Микробиология. – 1971. – Т. 40. – С. 563–566.

Страхов Н.М., Штеренберг Л.Е., Калиненко В.В., Тихомирова Е.С. Геохимия осадочного марганцеворудного процесса. – М. : Наука, 1968. – 495 с. (ГИН АН СССР. Тр. Вып. 185).

Фаламин А.А., Пиневич А.В. Биоминерализация с участием бактерий // Биокосные взаимодействия: жизнь и камень. – СПб : СПб ун-т, 2006. – С. 98–106. (Тр. СПб о-ва естествоисп. Сер. 1. Т. 96).

Филиппов В.А. Отношение Mn/Fe в железных рудах и железисто-карбонатных породах западного склона Южного Урала // Докл. АН СССР. – 1982. – Т. 265. – С. 438–441.

Фролов В.Т. Литология. Кн. 1: Учеб. пособие. – М. : МГУ, 1992. – 336 с.

Чисвел В. Формы существования марганца в водах водохранилищ // Литол. и полез. ископаемые. – 1998. – № 5. – С. 549–554.

Чухров Ф.В., Горшков А.И., Рудницкая Е.С. и соавт. О вернадите // Изв. АН СССР. Сер. геол. – 1978. – № 6. – С. 5–19.

Чухров Ф. В., Горшков А. И., Тюрюканов А. Н. и соавт. К геохимии и минералогии марганца и железа в молодых продуктах гипергенеза // Изв. АН СССР. Сер. геол. – 1980. – № 7. – С. 5–24.

Шнюков Е.Ф., Корниенко С.П., Юханов И.С. Образование конкреций в мезозойских отложениях юга Украины (по данным изучения околоконкреционных ореолов). – Киев : Наук. думка, 1969. – 195 с.

Щербов Б. Л., Страховенко В.Д. Геохимия конкреций из донных отложений искусственного пруда // Докл. РАН. – 2004. – Т. 397. – 680–684.

Юдович Я.Э. Индикаторное значение отношения Mn/Fe в осадочных породах // ДАН РАН. – 2000. – Т. 375. – С. 233–234.

Юдович Я.Э. Парадоксы геохимии марганца // Вестник Ин-та геологии Коми НЦ УрО РАН. – 2012. – № 5(209). – С. 19–24.

Юдович Я.Э. Почему Fe-Mn-конкреции имеют ядра? // Вестник Ин-та геологии. – 2007. – № 8 (152). – С. 7–10.

Юдович Я.Э., Кетрис М.П. Геохимические индикаторы литогенеза (литологическая геохимия). – Сыктывкар : Геопринт, 2011. – 740 с. 35

Юдович Я.Э., Кетрис М.П. Литохимия потенциально алмазоносных горных пород Вашкинской площади // Геология и минеральные ресурсы европейского северо-востока России: Материалы XV Геологического съезда Республики Коми. Т. II. – Сыктывкар : ИГ Коми НЦ УрО РАН, 2009. – С. 289–301.

Юдович Я.Э., Кетрис М.П. Магматическая геохимия марганца // Вестник Ин-та геологии Коми НЦ УрО РАН. – 2012. – № 12 (216) (в печати).

Юдович Я.Э., Кетрис М.П. Гидротермальная геохимия марганца Вестник Ин-та геологии Коми НЦ УрО РАН. – 2013. – № 1 (217) (в печати).

Юдович Я.Э., Кетрис М.П. Токсичные элементы-примеси в ископаемых углях. – Екатеринбург : УрО РАН, 2005. – 655 с.

Юдович Я.Э., Кетрис М.П. Элементы-примеси в черных сланцах. – Екатеринбург : УИФ Наука, 1994. – 304 с.

Юдович Я.Э., Шишкин М.А., Лютиков Н.В., Кетрис М.П., Беляев А.А. Геохимия и рудогенез черных сланцев Лемвинской зоны Севера Урала. – Сыктывкар : Пролог, 1998. – 340 с.

Янчук Э.А., Хмелевский В.А. Марганец в корах выветривания карбонатных пород юго-западной окраины Восточно-Европейской платформы // Геология и геохимия марганца. – М. : Наука, 1982. – С. 205–209.

Янчук Э.А., Хмелевский В.А. Минералого-геохимические особенности окисления кальций-марганцевых карбонатных руд (на примере Бурштынского месторождения) // Минералог. сб. Львовск. геол. об-ва. – 1981. – № 35, вып. 2. – С. 38–43.

Borchert H. On the ore-deposition and geochemistry of manganese // Miner. Deposita. – 1970. – Vol. 5. – P. 300–314.

Burns R.G., Burns V.M. Manganese oxide // Marine Minerals. Reviews in Mineralogy. – 1979. – Vol. 6. – P. 1–46.

Chukhrov F.V., Gorshkov A.I. On the nature of some hypergene manganese minerals // Chem. Erde. – 1981. – Bd. 40, № 3. – P. 207–216.

Chukhrov F.V., Gorshkov A.I., Rudnitskaya E.S. et al. Manganese minerals in clays: a review // Clays Clay Miner. – 1980. – Vol. 28. – P. 346–354.

Crerar D.A., Cormick R.K., Barnes H.L. Geochemistry of manganese: an overview // Geol. Geochem. Manganese. Vol. 1. / Eds. I.M. Varentsov, Gy. Grasselly. – Budapest, 1980. – P. 293–334.

Crerar D.A., Fischer A.G., Plaza C.L. Manganese in water storage waters. Metallogenium and biogenic deposition of manganese from Precambrian to recent time // Geol. Geochem. Manganese. Proc. 2nd Int. Symp. Vol. 3. (Sydney, 1976). – Budapest, 1980. – P. 285–303.

Dick G.P., Podell Sh., Johnson H.A., et al. Genomic insights into Mn(II) oxidation by the marine alphaproteobacterium Aurantimonas sp. strain SI85– 9A1 // Appl. Environ. Microbiol. – 2008. – Vol. 74. – P. 2646–2658.

Emerson D., Moyer C.L. Microbiology of seamounts // Oceanography. – 2010. – Vol. 23. – P. 148–163.

Jones C.A., Crowe S.A., Canfield D.E. et al. Biogeochemistry of Mn oxidation in Lake Matano, Indonesia // Geochim. Cosmochim. Acta. – 2010. – Vol. 74, № 11, suppl. 1. – P. A478.

Hem J.D. Chemical Equilibria and Rates of Manganese Oxidation // U.S. Geol. Surv. Water Supply. Pap. 1667A. – 1963. – 63 pp.

Krumbein W.E. Manganese-oxidizing fungi and bacteria // Naturwissensch. – 1971. – Jg. 58, Hf. 1. – S. 56–57.

Kukal Z. Anoxic microenvironment – main factor in the formation of manganese aggregates // Source, Transp. and Deposit. Metals: Proc. 25 Years SGA Anniv. Meet. (Nancy, 30 Aug.–3 Sept., 1991). – Rotterdam; Broolfield (Vt), 1991.

Mandernack K.W., Fogel M.L., Tebo B.M., Post J. Mineralogical and oxygen isotope analyses of manganese oxides precipitated by spores of a marine bacterium // Annu. Rept. Dir. Geophys. Lab. Carnegie Inst., 1988– 1989. – Washington, D.C., 1989. – P. 130–137.

Miser H.D. Manganese carbonate in the Batesville district, Arkansas // U. S. Geol. Surv. Bull. – 1941. – № 921A. – P. 1–94.

Nahon D., Beauvais A., Trescases J.- J. Manganese concentration through chemical weathering of metamorphic rocks under lateritic conditions // Chem. Weathering. Proc. NATO Adv. Res. Workshop. Rodez, 2–6 July, 1984. – P. 277–291.

Samojloff J. Palophysiologie (Palobiochemie) und ihre geologische Bedeutung // Z. Deutsch. Geol. Ges. – 1922. – Bd. 74. Monatsber., Nr. 8–12. – S. 227– 244. (Vortrag gehalten auf der Hauptversammlung in Breslau am 30. Juli 1922).

Schweisfurth K., Jung W., Gundlach H. Manganese-oxidizing-microorganisms and their importance for the genesis of manganese ore deposits // Geology and Geochemistry of Manganese. – Vol. 3. – Budapest, 1981. – P. 279–283. (Proc. Int. Symp.: Sydney, Australia, 1976).

Sujith P.P., Bharathi P.A.L. Chapter 3. Manganese Oxidation by Bacteria: Biogeochemical Aspects // Molecular biomineralization / W.E.G. Mller, ed. – Berlin; Heidelberg : Springer, 2011. P. 49–76. (Progress in Molecular and Submolecular Biology. Vol. 52).

Tebo B.M., Geszvain K., Lee S.-W. Chapter 13. The molecular geomicrobiology of bacterial manganese (II) oxidation // Geomicrobiology: Molecular and Environmental Perspective/ (L.L. Burton, M. Mandl, A. Loy, eds.). – New York: Springer, 2010. P. 285–308.

Tebo B.M., Ghiorse W.C., van Waasbergen L.G. et al. Bacterial-mediated mineral formation: insight into manganese (II) oxidation from molecular genetic and biochemical studies // Geomicrobiology: Interaction Between Microbes and Minerals / J.F. Banfield, K.H. Nealson, eds. – Washington, D.C. : Min. Soc. Amer., 1997. – P. 225–266. (Reviews in Mineralogy. Vol. 35).

Tebo B.M., Nealson K.H., Emerson S., Jacobs L. Microbial mediation of Mn(II) and Co(II) precipitation at the O2/H2S interfaces in two anoxic fjords // Limnol. Oceanogr. – 1984. – Vol. 29. – P. 1247–1258.

Varentsov I.M. On the leaching of manganese in the course of interaction of basic volcanic materials with sea water // Proc. IMA–IAGOD Meet. Tokyo – Kyoto, 1970. IAGOD Vol. Spec. Issue № 3. Int. Assoc. Genesis Ore Depositss. – Tokyo, 1971. P. 466–473.

Yakushev E., Pakhomova S., Srenson K., Skei J. Importance of the different manganese species in the formation of water column redox zones: Observations and modeling // Marine Chem. – 2009. – Vol. 117, № 1–4. – P. 59–70.




DOI: http://dx.doi.org/10.24855/biosfera.v5i1.311

© ФОНД НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ "XXI ВЕК"