Изучение донных отложений в котловинах малых озер, расположенных на побережье Белого моря, проводятся в течение последних 15 лет (Колька и др., 2005; Corner et. al., 2001; Korsakova, Kolka., 2005; Snyder, Korsun, Forman, 1996) для последующих реконструкций перемещения береговой линии моря в голоцене. В результате проведенных исследований были установлены несколько разновидностей фаций осадков донных отложений. Их формирование связано с процессом гляциоизостатического поднятия Балтийского щита. Из-за гляциоизостатического поднятия на протяжении голоцена береговая линия Белого моря испытывала в целом регрессивное перемещение. По мере этого в котловинах первичного рельефа побережья менялись условия осадконакопления и формировались различные фаций донных отложений. При их геохимическом и минералогическом изучении были установлены факты аутигенного минералообразования, которые требуют своего объяснения.
Район исследования и фактический материал. Для геохимического и минералогического изучения были выбраны фации донных отложений озера, расположенного в 20 км на запад от посёлка Чупа на абсолютной высоте 81,5 м н.у.м. (рис. 1). Здесь вскрыт самый полный по набору фаций разрез.
Рис. 1 Расположение озера Безымянного (CHU-4) с абсолютной отметкой высоты 81,5 м н.у.м. (район пос. Чупа)
Фациальные разновидности донных отложений в малых озерных котловинах побережья Белого моря. При изучении кернов скважин, пробуренных в донных отложениях озер, расположенных на побережье, были установлены пять типов фаций (Колька и др., 2005):
1. Осадки фации позднеледникового приледникового озера (I) обычно представлены неслоистой, или неясно слоистой, или ленточной глиной.
2. Осадки фации переходной зоны от пресноводных к морским условиям седиментации (II) представлены переслаиванием песка или алеврита с органическим материалом (содержание органики достигает 60 %) и чистого алеврита или песка. Иногда интервалы с органическим материалом полностью представлены разложившейся органикой.
3. Осадки фации, соответствующей морским условиям (III) представлены как минеральным, так и органическим материалом. Минеральные осадки - это алеврит и песок разнозернистые. Органические осадки - это слои раковин, а также отдельные раковины и их фрагменты, распространенные в алеврито-песчаных осадках.
4. Осадки фации переходной зоны от морских к озерным отложениям (IV) в разрезах значительно различаются по мощности и литологически. В некоторых разрезах она отсутствует. Наиболее характерными для переходной зоны являются осадки серого или коричневого цвета различных оттенков, представленные переслаиванием гиттии и алеврита, а также градационнослоистой, неслоистой, неяснослоистой или алевритистой гиттией.
5. Осадки фации пресноводного озера (V) обычно представлены черной, темно-коричневой гиттией. В некоторых разрезах в верхних частях гиттии присутствуют неразложившиеся растительные остатки или гиттия сменяется торфом. На рис. 2 представлен изученный разрез с выделенными фациями.
Рис. 2. Разрез донных отложений озера с абсолютной отметкой 81,5 м (Chu-4).
Условные обозначения: 1 - гиттия неслоистая; 2 - алеврит
с песком; 3 - песок; 4 - слоистый алеврит и песок с органическим материалом; 5 - глина; 6 - резкий контакт; 7 - градационный контакт; 8 - положение и номер искусственного аншлифа
Полученные результаты. Минеральный состав всех пяти разновидностей фаций донных отложений этого озера был изучен в искусственных аншлифах. Положение шлифов показано на рис. 2.
Исследования искусственного аншлифа № 184/09 (глубина 8,49 м, на рис. 2) под микроскопом показали, что в состав отложений приледникового озера входят такие рудные минералы как рутил, ильменит, пирит. Пирит встречается в виде единичных глобул, а рутил и ильменит обнаружен в виде неокатанных единичных зерен размером от 20 до 200 мкм (рис. 3).
Рис. 3. Фрамбоидальный пирит, ильменит и рутил
в отложениях приледникового озера
Из отложений переходной зоны-I (от пресноводных к морским условиям седиментации) было сделано четыре искусственных аншлифа, расположение которых показано на рис. 2: № 183/09 (глубина 8,39 м), №182/09 (глубина 8,25 м), №181/09 (глубина 8,18 м), №180/09 (глубина 8,00 м). При их изучении найден фрамбоидальный пирит, рутил, ильменит, титанит. Содержание фрамбоидального пирита доходит до 2 % в аншлифе 182/09 (рис. 4), к подошве слоя содержание пирита уменьшается. Размер глобул изменяется от 18 до 90 мкм, иногда встречаются их скопления. В зернах ильменита наблюдается структура замещения рутилом (рис. 5). Единичные зерна ильменита и рутила имеют небольшой размер до 300 мкм.
Для определения рудных минералов в осадках морского генезиса были изучены искусственные аншлифы № 179/09 (глубина 7,90 м), №178/09 (глубина 7,75 м), №177/09 (глубина 7,60 м), №176/09 (глубина 7,35 м), № 175/09 (глубина 7,15 м), №174/09 (глубина 7,00 м), расположение которых показано на рис. 2. Были определены следующие рудные минералы: пирит, рутил, ильменит, титанит, графит. Пирит встречается в виде индивидов, скоплений и глобул, размеры их соответственно 1, 3-4 и 5-15 мкм. В аншлифах № 175/09, №174/09 наблюдаются единичные кристаллики пирита, скопления в сфероиды (рис. 6) и глобулы, а в последующих аншлифах отсутствует пирит в виде единичных зерен. Содержание пирита увеличивается с глубиной, до аншлифа №178/09, где наблюдается самое небольшое количество пирита в данных отложениях. Рутил и ильменит практически есть во всех аншлифах, в 174/09 и 179/09 наблюдается структура замещения рутилом ильменит.
В переходной зоне II (от моря к пресноводному озеру) при изучении искусственного аншлифа № 173/09 (глубина 6,94 м) обнаружены пирит и ильменит. Пирит встречается в виде единичных кристалликов, скоплений и глобул (рис. 7). Размер глобул меняется от 8 до 48 мкм. Содержание пирита достигает 2 %.
Из современных отложений пресноводного озера, представленных в основном органическими остатками, сделано 7 искуственных аншлифов (№166/09-№172/09) из интервала глубин 4,20-6,80 (рис. 2). Определены такие рудные минералы как рутил и фрамбоидальный пирит. Они встречаются очень редко и в виде единичных зёрен. Но в аншлифе №172/09 (глубина 6,80 м) на фоне остальных отложений наблюдается некоторое увеличение содержания пирита, что объясняется тем, что данные отложения находятся в непосредственной близости к переходной зоне II, где пирит образуется в большом количестве.
a б в
Рис. 4. Фрамбоидальный пирит в отложениях переходной зоны-I (аншлиф №182/09):
а - единичные глобулы пирита, б, в - скопления глобул
Рис. 5. Структура замещения ильменита рутилом
Рис. 6. Скопления фрамбоидального пирита в морских осадках (а- аншлиф №177 9, б- аншлиф №179 9)
Рис. 7. Индивиды и глобулы пирита в отложениях переходной зоны-II
Обсуждение данных и основные выводы. Появление рутила, ильменита в донных отложениях озёр связано с их привносом различными способами. Эти терригенные минералы тяжелой фракции, устойчивы к физико-химическому выветриванию, и они являются типичными минералами россыпей.
Фрамбоидальный пирит является аутигенным. На Кольском полуострове проводились исследования по изучению фрамбоидального пирита в современных отложениях озера Имандра. Его происхождение объяснялось антропогенным воздействием на окружающую среду выбросов металлургического комбината в г. Мончегорске (Нерадовский, Даувальтер, Савченко, 2009). Однако в районе исследований нет таких крупных промышленных комплексов, которые могли бы воздействовать на формирование пирита. Кроме того, породы, в которых обнаружен аутигенный пирит, имеют возраст до 10000 лет (Колька и др., 2005). Аутигенное образование пирита в этих породах, скорее всего, следует объяснять деятельностью сульфатредуцирующих бактерий. При слабой циркуляции воды масса органического вещества сохраняется на дне, образуя гиттию. При этом создаётся анаэробные условия, благоприятные для жизнедеятельности сульфатредуцирующих бактерий, которые восстанавливают серу до сероводорода.
Главным источником серы при осадочном минералообразовании являются сульфаты морской воды, сера вулканического происхождения, а также сера, которая находится в живых организмах (морские водоросли, бактерии) как составная часть белка. Железо, в свою очередь, в огромных количествах выносится в моря и океаны под влиянием круговорота воды в биосфере и процессов выветривания. Основная форма нахождения железа в воде - частицы размером 0,01 мм, состоящие из смеси гидроокислов, сульфидов, гуматов и других органических комплексов железа. Образование сульфида железа происходит следующим путём. Первым продуктом взаимодействия окислов, гидроокислов или карбонатов железа с сероводородом будет гидротроилит состава Fe(OH)(SH). Дальнейшая реакция с H2S приводит к возникновению дисульфидгидридного железа Fe(SH)2, которое может превращаться в пирит следующим путём (Войткевич, Кизильштейн, Холодков, 1983):
Fe(SH)2 + S → FeS2 + H2S;
Fe(SH)2 + 1/2O2 → FeS2 + H2O;
Fe(SH)2 + 2Fe(OH)3 → FeS2+H2O + 2Fe(OH)2.
Поскольку появление пирита приурочено к определенным толщам и уровням, то следует предположить, что его образование обусловлено периодическим привносом не железа, а серы (рис. 9). Действительно, сопоставляя график содержания серы и визуальное количество фрамбоидального пирита в искусственных аншлифах, наблюдается некоторая зависимость этих двух компонентов. Если для пресноводных отложений эта закономерность прямая, то есть с увеличением содержания серы увеличивается и процентное содержание пирита, то для морских отложений нет такой закономерности. В образце №178/09 наблюдается снижение содержания пиритов по сравнению с соседними, хотя содержание серы увеличилось. Возможно, это связано с тем, что на формирование фрамбоидального пирита влияют и другие факторы, а не только количество серы.
Рис. 9. Изменение содержание серы по разрезу донных отложений озера с абсолютной отметкой 81.5 м н.у.м. (СHU-4)
Имеется предположение о том, что появление пиков на диаграмме содержания серы в донных отложениях может быть связано с извержениями вулканов Исландии. В виде пылевого облака сера достигала район изучения и попадала в донные отложения. Поэтому в ходе минералогического изучения попутно идёт поиск вулканических стёкол, что могло бы доказать данную гипотезу.
Благодарности. Большую помощь при подготовке доклада оказал к.г-м.н. Нерадовский Ю.Н.. При проведении полевых работ помогали студенты Апатитского филиала МГТУ Алексеева А.Н., Стешенко Е.Н. и сотрудник ГИ КНЦ РАН Коваль И.А.
Список литературы
- Войткевич Г.В., Кизильштейн Л.Я., Холодков Ю.И. Роль органического вещества в концентрации металлов в земной коре. - М.: Недра, 1983. - 160 с.
- Колька В.В., Евзеров В.Я., Мёллер Я.Й., Корнер Д.Д. Послеледниковые гляциоизостатические поднятия на северо-востоке Балтийского щита // Новые данные по геологии и полезным ископаемым Кольского полуострова (ред. Митрофанов Ф.П.). - Апатиты: Изд-во Кольского научного центра РАН, 2005. - С. 15-25.
- Нерадовский Ю.Н., Даувальтер В.А., Савченко Е.Э. Генезис фрамбоидального пирита в современных осадках озер (Кольский п-в) // Записки РМО. - 2009. - Ч. 138, № 6. - С. 50-55.
- Corner G., Kolka V., Yevzerov V., Møller J. Postglacial relative sea-level change and stratigraphy of raised coastal basins on Kola Peninsula, northwest Russia // Global and Planetary Change 31. -
2001. - P. 155-177. - Korsakova O., Kolka V. (eds). Quaternary geology and landforming processes. Excursion guide of the International Field Symposium, Kola Peninsula, NW Russia. - September 4-9, 2005. Apatity: Print. Kola Science Centre RAS. - 2005. - 68 p.
- Snyder J.A., Korsun S.A. & Forman S.L. Postglacial emergence and the Tapes transgression, north-central Kola Peninsula, Russia // Boreas. - 1996. - Vol. 25. - P. 47-56.