ГЕОХИМИЯ МАРГАНЦА В ПРОЦЕССАХ ГИПЕРГЕНЕЗА: ОБЗОР

Я.Э. Юдович, М.П. Кетрис

Аннотация


Главной чертой гипергенной геохимии марганца является процесс окисления его кислородом: Mn(II) ⇒ Mn(III, IV) с формированием минералов манганатов общей формулы MnOx (x более 1, менее или равно 2), способных поглощать значительные количества катионов (K+, Ba2+, Со2+, Ni2+, Cu2+ и др.). Вследствие кинетических ограничений абиогенное формирование манганатов протекает крайне медленно, поэтому важнейшее, включая и рудообразующее, значение имеет биогенное окисление Mn(II) аэробной гетеро- и миксотрофной микрофлорой. Продуктом субаэрального окисления Mn(II) являются коры выветривания двух климатических типов – кислые гумидные (с мобилизацией и частичным выносом Mn) и щелочные аридные (с накоплением Mn), но итоговый минеральный парагенезис сильно зависит от состава первичного субстрата и Eh–pH параметров среды. Рассмотрен ряд эмпирических закономерностей окисления Mn(II) и формирования кор выветривания, выявленных как на природных объектах (в том числе и на Mn месторождениях Тимано-Уральского региона), так и в лабораторных экспериментах.

Ключевые слова


марганец, геохимия, зона гипергенеза, биосфера, биогенное окисление, коры выветривания.

Полный текст:

PDF

Как процитировать материал

Литература


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"