Глава 11. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ (1119273)
Текст из файла
309Глава 11. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХОсновные закономерности концентрации рудного вещества в земной коре и самопроисхождение полезных ископаемых тесно связаны с процессом глобальной эволюцииЗемли. С другой стороны, эти же закономерности распределения полезных ископаемых впространстве и времени часто являются надежными индикаторами и самого процессаэволюции Земли. Поэтому многие металлогенические концепции в целом базировались нагосподствовавших в свое время теоретических представлениях о развитиигеотектонических и петролого-геохимических процессов. Однако, несмотря на обилиесуществующих концепций о связи металлогении с тектоническим развитием Земли (см.работы В.И.
Смирнова, Д.В. Рундквиста, В.Е. Хаина, А. Митчелла и М. Гарсона, В.И.Старостина и др.), проблема происхождения полезных ископаемых остается еще далека отразрешения.Анализ накопленного фактического материала по условиям образования ипространственно-временнымсоотношенияммеждугеолого-петрологическимихарактеристиками и тектоническими обстановками образования месторождений полезныхископаемых показал, что металлогенические эпохи представляют собой неповторимыемоменты в истории эволюции нашей планеты. В общем это и понятно, поскольку стермодинамической точки зрения Земля представляет собой открытую диссипативнуюсистему, безвозвратно теряющую свою эндогенную энергию в космическом пространстве.Отсюда следует, что ее развитие и должно быть принципиально необратимым.
Используяэтот подход, на базе излагаемой здесь наиболее общей физической теории глобальнойэволюции Земли попробуем рассмотреть проблему происхождения полезных ископаемыхи основные закономерности распределения их в пространстве и во времени.11.1. Тектоника плит и происхождение эндогенных полезных ископаемыхГлавная сложность с объяснением причин формирования крупных локальныхскоплений в земной коре рудных и некоторых других рассеянных элементов заключаетсяв том, что их концентрация в мантии ничтожно мала, тогда как в месторождениях онавозрастает иногда в сотни и тысячи раз. Например, концентрация урана и золота всовременной мантии не превышает 2·10−9, ртути и тория − 8·10−9, свинца − 9·10−8, серебра,вольфрама и платины – порядка 10−7, лития, ниобия, молибдена и олова − 10−6 и т.д.Кроме того, как следует из современных представлений о происхождении Земли и ееэволюции, вещество всей мантии (верхней и нижней) за 4 млрд лет тектоническойактивности Земли оказалось хорошо перемешанным конвективными течениями и всреднем однородно по составу на разных уровнях.
Поэтому не следует ожидатьсуществования в мантии каких-либо локальных неоднородностей с повышеннымсодержанием рудных элементов. Только наиболее распространенные в мантии рудныеэлементы (например, хром) могут создавать свои чисто эндогенные месторождения путемпрямой дифференциации мантийных расплавов. Примером тому служат хромитовыеместорождения в офиолитовых поясах Земли.Кроме того, важно отметить, что, судя по условиям выплавления океаническихбазальтов и содержанию в них ювенильной воды, земная мантия практически сухая, асодержание в ней воды не превышает 0,05%. Следовательно, ни о каких флюидныхпотоках в мантии, способных привнести в земную кору рудные элементы, говорить неприходится. Тем не менее с появлением новой геологической теории − тектоникилитосферных плит открылись новые подходы к объяснению механизмов обогащенияземной коры рудными элементами, карбонатными и кремнеземистыми породами.
Вчастности, выяснилось, что основная масса эндогенных полезных ископаемых вконтинентальнойкоремоглаформироватьсятолькоблагодарядействию310многоступенчатого процесса обогащения коры рудными элементами. При этом перваяступень обогащения земной коры рудными элементами происходит в рифтовых зонах наокеаническом дне.Так, оказалось, что в океанических рифтовых зонах и на склонах срединноокеанических хребтов (рис.
11.1) действуют мощнейшие гидротермальные системы, черезкоторые Земля теряет более 30% эндогенного тепла. По нашим оценкам, средняясуммарная скорость водообмена во всех океанических гидротермальных источникахсрединно-океанических хребтов приблизительно равна 2300 км3/год. При таких скоростяхгидротермального водообмена вся масса воды в океане (1,37·1024 г) проходит черезактивные гидротермы и сипинги (просачивания) срединно-океанических хребтов с ихобширными и пологими склонами приблизительно за 0,6−1,0 млн лет.Рис. 11.1.
Картина формирования океанической коры и геохимия гидротермальных процессов в рифтовыхзонах срединно-океанических хребтов: 1 – базальты (подушечные лавы); 2 – долеритовые дайки; 3 –серпентинитовый слой; 4 – подкоровый слой литосферы; 5 – магматический очаг под гребнем срединноокеанического хребта; 6 – астеносфера; 7 – постройки черных и белых “курильщиков”; стрелками показаныпути движения океанических вод в теле океанической корыВ гидротермальных системах рифтовых зон в океаническую кору и гидросферувыносятся гигантские массы эндогенного вещества, в том числе халькофильных рудныхэлементов и кремнезема, формируются сульфидные проявления цинка, меди свинца идругих металлов (Лисицын, 1993, 2000; Лисицын, Богданов, Гурвич, 1990).
Так, запоследние 150 млн лет только в Тихом океане таким путем из гидротермальныхисточников поступило около (10−15)·1012 т полиметаллического рудного вещества(Гурвич, 1998). В рифтовых зонах происходит гидратация приповерхностных слоевмантии и протекает ряд химических реакций, важных для поддержания на Землеустойчивых экологических условий, а также для формирования карбонатных,кремнеземистых фаций. Причем все реакции необратимы, поскольку протекают свыделением энергии. Главными из них являются реакции гидратации пород океаническойкоры, связывающие углекислый газ в карбонатах, которые затем усваиваются живымиорганизмами и захораниваются в океанических осадках:4Mg2SiO4 + 4H2O + 2CO2 → Mg6[Si4O10](OH)8 + 2MgCO3 + 72,34 ккал/моль,(11.1)оливинсерпентинмагнезит2CaAl2Si2O8 + 4H2O +2CO2 → Al4[Si4O10](OH)8 + 2CaCO3 + 110,54 ккал/моль.анортиткаолин(11.2)кальцитБлагодаря этим реакциям с одной стороны, в атмосфере Земли поддерживаетсяравновесное и сравнительно низкое парциальное давление углекислого газа, а с другой311стороны, в океан постоянно поставляется исходный материал для формированиякарбонатных пород.При гидратации пироксенов из рифтовых зон обильно выносится кремнезем:6MgSiO3 + 4H2O → Mg6[Si4O10](OH)8 + 2SiO2 + 27,38 ккал/моль,(11.3)энстатитсерпентинкремнеземслужащий источником материала для отложения кремнистых осадков, образованиякремней и яшм.
При окислении двухвалентного силикатного железа до трехвалентногосостояния в присутствии углекислого газа образуется абиогенный метан:4Fe2SiO4+12Mg2SiO4+18H2O+CO2→4Mg6[Si4O10](OH)8+4Fe2O3+CH4+183,47ккал/моль, (11.4)фаялитфорстеритсерпентингематит метана при окислении железа без СО2, возникает водород:Fe2SiO4 + 3Mg2SiO4 + 5H2O → Mg6[Si4O10](OH)8 + Fe2O3 + H2 + 30,72 ккал/моль.фаялитфорстеритсерпентин(11.5)гематитСоответствующие расчеты показывают, что при гидратации пород современнойокеанической коры генерируется около 9 млн т в год СН4 и приблизительно столько жеН2. При такой скорости генерации метана за каждый миллион лет возникало быуглеводородов больше, чем их имеется на Земле.
Отсюда следует, что бóльшая часть этогометана окисляется метанпотребляющими бактериями или вместе с водородом удаляется ватмосферу. Однако значительная часть этих летучих эманаций может сохраняться вокеанических осадках, формируя в них углеводородные залежи, например, в формегазогидратов.В океанических рифтовых зонах происходит вынос из мантии в океаны многихрудных элементов, в том числе железа, цинка, свинца, меди, марганца и другихрассеянных элементов. Выносится из мантии и сера, образующая сульфиды этих рудныхэлементов, хотя надо иметь в виду, что заметная часть серы в сульфиды рифтовых зонпопадает благодаря восстановлению сульфатной серы океанических вод на метане иводороде из этих же зон по реакциям (11.4) и (11.5):MgSO4 + CH4 → MgCO3 + H2S + H2O + 11,35 ккал/моль.(11.6)сульфат магнияметанмагнезитсероводородОсвобождающийсясероводородявляетсяисключительно“агрессивным”минерализатором (выделяющим при реакциях большую энергию), поэтому он тут жевосстанавливает железо и другие рудные металлы (медь, цинк, свинец) до сульфидов,буквально “вытягивая” их из базальтов и ультраосновных пород океанической коры,например, по реакцииFe2SiO4 + 2H2S → 2FeS + SiO2 + 2H2O + 56,68 ккал/моль.(11.7)фаялитпирротинВсе эти попадающие в воду соединения в конце концов переходят в осадок,формируя вокруг горячих источников (“черных курильщиков”) рифтовых зон залежисульфидов рудных элементов, а на океанической коре – слой металлоносных осадков(Лисицын, Богданов, Гурвич, 1990).
Сульфидные залежи с течением времени окисляютсяи разрушаются, а их рудное вещество также переходит в металлоносные осадки.Помимо гидротермального обогащения океанической коры рудными элементами вее низах, на контакте габброидов с дунитами и перидотитами, обычно возникают залежимагматогенных полосчатых хромитовых руд. Их происхождение связано с прямойдифференциацией мантийного вещества непосредственно в магматическом очаге подрифтовыми зонами. Фактически эти руды представляют собой “отстой” плотной фазы –хромитовых кумулатов базальтовых расплавов, опустившихся на дно магматическогоочага, подстилаемого реститовыми мантийными породами. Этим определяется и обычноеположение хромитовых руд между слоями габбро и дунитов в офиолитовых комплексах.Яркими примерами таких кумулятивных месторождений могут служить Кемпирсайскоепалеозойское месторождение хромитов на Южном Урале и мезозойские хромитовыеместорождения на Балканском полуострове.312Из теории тектоники литосферных плит следует, что вторая ступень обогащениеконтинентальной земной коры как литофильными, так и рудными элементами происходитв зонах поддвига плит под островные дуги и активные окраины континентов за счет ихвыноса из океанической коры (см.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
