Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Состав и особенности формирования органического вещества железо-марганцевых конкреций Тихого и Индийского океанов

ВАК РФ 04.00.10, Геология океанов и морей

Автореферат диссертации по теме "Состав и особенности формирования органического вещества железо-марганцевых конкреций Тихого и Индийского океанов"

,г* ом

„

' РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСтаШОКШОЛОГШ имени П. П. ШИНЮВА

На правах рукописи

АЛЕКСАНДРОВА Ольга Алексеевна

' УДК 551.460

СОСТАВ И ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ЖЕЛЕЗО-МАРГАНЦЕВЫХ КОНКРЕЦИЙ ШОГО И ВДИЙСКОГО ОКЕАНОВ

04.00.10 - геология морей и океанов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени ' кандидат геодого-минералогических наук

Москва 1994

Работа выполнена ъ Лаборатории химии океана Института океанологии имени П. Б. Ширшова . Российской Академии Наук .

Научные руководители:

- кандидат химических наук,

старший научный сотрудник А.Н. БЕЛЯЕВА

- доктор геолого-минералогических наук, главный научный сотрудник Г.Н. БАТУРИН

Официальные оппоненты:

- доктор геолого-минералогических наук В.С.САВЕНКО

- доктор геолого-минералогических наук Д. Ё.ГЕРМАНОВИЧ

Ведущая организация - Кафедра горючих ископаемых геологического .факультета .Московского Государственного Университета имени М.В. Ломоносова

Защита состоится "27"C&Hläffyl 1994 года ь 14 час. на заседании специализированного совета К.002.86.02 по присуждениям ученой степени, кандидата наук в Институте океанологии имени Б.П.Ширшова Российской Академии Наук по адресу: 117218 Москва, ул. Красикова, 23.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института океанологии имени П. Б. Ширшова Российской Академии'Каук.

Автореферат разослан "Z£" августа 1994 года.

■ Ученый секретарь специализированного совета кандидат географических наук

С.Г. ПАНШОВА

Железо-марганцевые конкреции (ЖМК), залегающие-на дне Мирового океана, являются удивительными и недостающе изученными природными образованиями. Повышенный интерес к ШК объясняется кпк 'с точки зрения фундаментальных - исследований и незнания глобальных закономерностей на"границе раздела вода-дно, так и с чис- • то практической,. ,в связи с тем, .что.они.являются потенциальным источником минерального сырья - в их составе присутствует практи-. чески все элементы таблицы Менделеева,включая особо ценные (Си, Ш, Со и др.).

Конкреции занимают огромные площади в пределах пелагической зоны Тихого, Лидийского и Атлантического океанов, где скорости седиментации, колеблются в пределах 1-2 мм/1000 лет. Только разведанные ресурсы Ж составляют к настоящему времени массу в 1011 тонн, что в 16 раз превосходит запасы ьсех известных месторождений Земли Ш1а5Ьу,1974] и являются крупнейшими потенциальными полиметаллическими месторождениями, разработка которых может быть осуществлена уже в- ближайшем будущем.. Поэтому в пелагических областях океанов КМК- являются одним из -основных- видов цшеральных ресурсов, имеющих промышленное значение.

Вышесказанное определяет актуальность постамент! проблемы так как утилитарное использование Ж невозможно без' познания сложных процессов океанского пелагического рудогенеза, как важнейшей составной части . глобальных природных закономерностей в пограничной зоне "вода-дно". К наиболее актуальным вопросам геохимии и конкреционного рудного процесса относятся: исследование биогенного фактора формирования конкреций и изучение органического вещества Ж, что может осветить как природу процессов их - образования, так и способствовать созданию обобщающей модели генезиса конкреций в океане, .

Так как многие, вопросы о составе и происхождении Ш- далеки

от окончательного решения, целью данной работы является: определение состава и особенностей формирования органического вещества 'как важной составной части пелагических железо-марганцевых конкреций..

Формирование и развитие ЛМК происходит в >пределах сложно! пограничной природной системы "вода-дно". Именно здесь завершает осаздение взвешенный материал, взаимодействуют гидродинамические, физико-химические, биологические и микробиологические процессы, формирртся поверхностные осадки, рельеф. Поэтому образование М невозможно рассматривать вне окружающих природных процессов к обьектов й, в первую очередь, вмещающих осадков.

В настоящей работе, созданной в значительной мере на основании оригинальных данных автора, решались следующие задачи: 1. ' обобщение литературных и аналитических 'данных о роли биогенногс фактора в образованш_конкреций; 2. исследование элементного состава органического вещества (ОВ) железо-марганцевых конкреций, £ также группового и молекулярного состава лшвдов как одних из наиболее устойчивых и генетически информативных компонентов органического вещества. 3. изучение влияния биогенного фактора в системе сложных природных взаимосвязанных процессов, обуславливающих формирование железо-марганцевых конкреций; 4. разработка новых методических решении (усовершенствование количественной дексито-метрии тонкослойных хроматограмм для определения группового состава сложных природных смесей лшвдов).

■ Защвдаеывз похожэнзхя: - в составе Ш различных геалого-геохимических рудных зон Тихого и Индийского океанов показана закономерная изменчивость органического вещества ка групповом и молекулярном уровнях, обус-

ловленная влиянием живого вещества, преимущественно бактериального происхождения;

- выявлены-различия в элементном составе органического • вещества, молекулярном и групповом составе липидов отдельных частей железо-марганцевых конкреций, свидетельствующие о существовании определенных этапов в истории развития конкреций;

- обнаружена связь состава органического вещества с содержанием основных рудообразуклцих металлов; .

- доказано, что несмотря на существование некоторых различий в составе органического вещества ¡ШК Тихого и Индийского океанов, существуют общие закономерности формирования состава ОВ конкреций радиоляриевых зон этих океанов.

Научная назкзна работы: в результате использования комплекса органогеохимических методов проведено исследование состава органического вещества железо-марганцевых конкреции, впервые получены данные' по групповому и молекулярному составу липидов, в составе алканов и жирных кислот железо-марганцевых конкреций и вмещающих осадков выделены соединения, свидетельствующие об источниках органического вещества;. впервые обнаружена взаимосвязь органического вещества с рудообразугощими элементами железо-марганцевых конк- ' реций; приведены новые данные о роли органического вещества в формировании ШК, обнаружены существенные изменения состава органической компоненты Ш во временном генетическом аспекте, что является важной составной частью построения новых генетических моделей; усовершенствован и внедрен метод количественной денсито-метрии пятен липидов-на тонкослойных хроматографах. .

Фактический материал. Работа основана на материалах, полученных ъ 2.8 к И рейсах НИС "Дмитрий Менделеев" [Тихий океан) и в

И рейсе НС "Академик Мстислав Келдш" (Индийский океан). Для решения поставленных . гадач применялась особая методика отбора проб для наиболее' пашой характеристики разнообразных типов железо-марганцевых конкреций при сравнительно-небольшом общем коли-

V

честве образцов, что в значительной степени обусловлено длительностью и сложностью их последующей обработки, а также особые условия их хранения, максимально исключающие артефакты. Благодаря успешному выполнению этих требований, было отобрано и исследовано 20 проб ЖМК и 3 пробы вмещающих осадков.

Практическая значимость работы определяется тем, что в пелагических областях океанов железо-марганцевые конкреции являются одним из основных видов минеральных ресурсов, имеющих промышленное "значение.

Публикации и апробация работа. Основные результаты исследования отражены а 6 научных публикациях,.а также были представлены на XII Международной Ассамблее Европейского Геофизического Союза (Эдинбург, 1991); IV Всесоюзном Совещании по геохимии углерода (Москва, 1991) и коллоквиумах.лаборатории химии океана ИО РАН.

Обьем работы и ее структура. Работа содержит 134 страницы машинописного текста, 14 таблиц, 7 рисунков. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения.

Работа выполнена в Лаборатории химии океана Института океанологии им. П.П.Ширшова РАН.

Автор выражает глубокую признательность научным руководителям работы кандидату химических наук А.Н.Беляевой и доктору геолого-минералогических наук Г.Н.Батурину за постоянное внимание, ценные советы.и-замечания,,высказанные в процессе работы над диссертацией, а также профессору Е.А.Ромачкевичу за определение к

постановку задач исследований и постоянные консультации. Весьма ценными для автора ^явились консультации и совместная работа с докторомтеолого-минералогических ■наук Н.С.Скоркяковой. Автор выражает благодарность сотрудникам лаборатории физико-химических исследований ВНИРО М.Л.ЗКакевич и В.Ф.Еолуяктову за помощь в проведении некоторых видов аналитических исследовании.

Первая глава посвящена обобщению аналитических и литературных данных о роли биогенного фактора в образовании железо-марганцевых • конкреций, а также возможно более полному освещению всех имеющихся . в настоящее время данных по составу органического вещества Ж.

Существующие к' настоящему времени гипотезы образования ЖМК можно разделить на четыре группы по механизму образования и источникам, рудного вещества: седиментацюнные, диагенетические, эндогенные, биогенные, а также объединяющие в себе положения нескольких из этих групп.

В настоящее время на основании последних данных большинство исследователей признает полигенность железо-марганцевых конкреций и их генезис определяется как взаимодействие многих природных процессов, причем по мере роста конкреции меняется соотношение" различных источников поступления рудного вещества и происходит изменение механизмов их формирования. Вместе с тем, практически на всех стадиях существования Ж элементы, входящие в их 'состав, испытывают влияние биогенного фактора, начиная с транспорта ме-• таллов на дно и заканчивая деятельностью микро- и ыакроорганизмов на дне океана, участвующих в перераспределении и концентрировании этих элементов.

Морская вода содержит органические лиганды, такие, как угле-

воды, аминокислоты, протеины, гуминовые кислоты, нуклеиновые кислоты, лигащы. Эти лиганды образуют устойчивые комплексы с тагами элементами как Mn, Fe, 'Zn,'Со, Cu, причем в форме металлооргани-ческих комплексов присутствует, как'правило, большая часть раст^ воренных в воде Mn, Cu, Zn, Fe й других металлов [Сорокин, 1972;' Desai,Ganguly, 1980; Laevastu et al., 1987]. Эксперименты и расчеты, описывающие пути миграции соединений Fe, Mn, Cu, Zn, Ni и др., свидетельствуют об определяющей роли органического, в особенности живого, вещества в процессе осаждения металлов из морской и иловой воды [Graham, 1959; Батурин,Савенко 1984; Бао Генде, 1989,1990; Савенко, 1990; Murty Rao, 1990 и др.].

Вместе с тем, железо-марганцевые конкреции, в процессе образования в поверхностном слое осадков подвергаются воздействию бентосной микро- и макрофауны, что также noflTBepxÂàeTca многочисленными литературными данными [Greenslate 1974; Xavier l976;Dugo-linsky, Margolis, Dadley 1977; Margolis, Burns 1982; Батурин, Ду-бинчук 1983; Батурин 1984; Батурин, Шевченко 1987 и др.].

Многие исследования показали наличие, а в ряде случаев и широкое распространение, в ЖМК различных районов Мирового океана биоморфных ультрамикроструктур, связанных с жизнедеятельностью бактерий [Калиненко и др. 1962; Xavier 1976; Чухров и др. 1978; ЛазуренкоДоружий 1980; Чугунный 1982; Батурин,Дубинчук 1983, 1989).

При изучении роли бактерий в извлечении металлов из морской воды установлено, что некоторые виды бактерий способны окислять Mn(íI) или катализировать его окисление и концентрировать его в своих оболочках (капсулах), [Ehrlich 1963,1972; Nealson, Ford 1980; Rosson, Nealson 1982; Cowen, Silver 1984; Cowen, Bruland,

1985]. Оболочки бактерий являются потенциально ватаыми переносчиками тяжелых металлов и ряда рассеянных элементов.

Детальные микробиологические исследования ЕМК [Ehrlich et al., 1972; Сорокин, 1972; Дубинина, 1978\^оказали, что численность и. активность гетеротрофных микроорганизмов на поверхности МК в несколько раз выше, чем во вмещающих осадках. В этих работах также сообщается о значительной роли микроорганизмов в перераспределении основных элементов конкреций - оксидов Fe и Мп.

В литературе также приводятся данные о влиянии морских бактерий на осаждение других металлов (меди, хрома) из ?жрской воды [Ступакова, Демина, Дубинина 1S88; Lautit et al., 1983 и др.].

Данные об участии органического вещества в процессе формирования Ж свидетельствуют о том, что живое вещество ( микроорганизмы и их споры) и биокосное органическое вещество играет значительную роль как в транспорте металлов на дно океана, так и в осаждении и концентрировании основных рудообразущих элементов. Кроме -того, органическое вещество контролирует физико-химическую обстановку диагенеза и влияет на перераспределение элементов, образующих Ж.

Из перечисленных данных и заключений очевидна необходимость ' исследования состава органического вещества железо-марганцевых конкреций. В результате предиествуювдх данному исследованию немногочисленных работ по изучению органического вещества ШК было установлено, что содержание С0Рг в конкрециях очень шло и.нахо--дится в пределах 0,03-0,41 Z, причем разброс значений Сорг довольно велик [Романкевнч, 1977; Марушкин, Корсаков, 1986]; наибольшие значения С0рг зарегистрированы для ядер конкреций СРомак-кевич, 1977]; вмещакше осадки характеризуются значениями С0Рг от

0,13 до 0,35 %. что в среднем вдвое выше, чем в конкрециях Ша-рушкин, Корсаков, 1986]; изотопное соотношение С0рГ ( среднее значение 21 % ) для ЛЫК-близко к значениям, характерным для' 0Е морского 'происхождения; ИК-спектроскопия битумоидов конкреций показала; значительнр роль ароматических соединений в их составе [Марушкин, Корсаков, 19861.

Во второй главе рассматривается геолого-геохимическая характеристика трех рудных зон Тихого и Индийского океанов, резко различающихся как по геолого-геоморфологической, гидрофизической и биологической, так и по геохимической обстановке, а именно: 1) приэкваториальной пелагической рудной зоны разлома Кларион - Клид-пергон Тихого океана; 2) тальвега Гватемальской котловины Тихore океана и 3) Центральной котловины Индийского океана.

Основой для геолого-геохимической характеристики исследованных районов и отобранных в них проб являлись отчеты 28 и 41 рейсов нкс "Дмитрий Менделеев" и И рейса нис "Академик Мстислав Келдыш", а также данные, любезно предоставленные Н.С.Скорняковой.

.Рудная зона Кларион-Клиппертон, где производились исследования, представляет собой слабохолмистую абийсальную равнину. Конкреции отбирались на глубинах от 4170 метров до 5250 метров. Вмещающие осадки представлены буро-коричневыми радиоляриево-глинистыми и глишето-радиоляриевыми илами с примесью диатомей, залегающими с размывом на неровной 'поверхности плотных пелагических глин миоцен - раннеолигоценового возраста. Возраст поверхностных илов по данным диатомового анализа - верхнеплейстоценовый. Иль характеризуются относительно повышенными средними содержаниями С0рг (0,37%), меди (0,037 %) и никеля (0,0165 1 ) и пониженными -железа (4,35 1 ). йлы заметно обогащены калкем (3,40 1 ) и содер-

жат средние для радиоляриевых глин количества алюминия (5,99 %) и марганца (0,41 Z). Органический углерод в илах распределён отно-сигельно равномерно, и в целом,- его-фон равен 0,30-0,40 Z. В ряде проб в составе илов наблюдается значительное содержание карбонатной, составляющей. • Вмещающими осадками являются извесшзво(кокко-лито-) - глинистые и глинисто-известковые кы, обогащенные радиолярит®. Несколько проб быта отобрано за пределами радшляриевой зоны, где поверхностные осадки представлены поздзечетвертичными бурыми "красными" миопелагическиш глинами с содержанием органического углерода 0,11-0,18 I (в среднем 0,14 % ) и средними содержаниями рудообразующих элементов: 5,47 I Fe, 0,62 1 Мп, 0,0314 1 Cu, 0,0092 X Со. Основная масса исследованных тихоокеанских конкреций характеризуется высокими величинами Kín/Fe отношения (более 4) и C'j+Ni+Zn (2,0-2,5 %)v Это обычно крупные конкреции (4-6 см и более) эллипсоидальной и дискоидалыгай фора с крупноглобулярной нижней и микроглобулярной верхней поверхностью и гру-бослоистым -цикличным строением рудной оболочки. Небольшую часть исследованных Ш&{ из Тихого океана составляют мелкие (1-4 см) эллипсоидальные и сростковые конкреции тонкоконцентрически-слоисто-' го строения с относительно низкими величинами отнопения Mn/Fe -' 1,31 - 2,20 и содержанием Ni+Cu =0,7-1,0 %.

Пробы из Гватемальской котловины отбирались с глубины около 3660 метров на выровненном дне котловины. Вмещающие осадки представлены бескарбонатныш пелагическими шши, менее уплотненными, но более обводненными и пористыми относительно глинисто-радиоляриевых илов зоны'Кларион-Кшшертон. От-шет заметные принеси аморфного кремнезема, диатомей и силикофлагеллят и являются слабокремнистыми, а в -ряде случаев- кремнистьш. Поверхностные илы

являются сдабомарганцовистыми (0,2-5,0 % Мп) и марганцовистыми (до 8,14 1 Мп) с низким содержанием А1,Ц и Ре, но очень высота содержанием Си (до 0,1014 % ), 'Ш' (до 0,08917. ) и Ъ\ (до 0,0527

1 ), а такхе'Сорг (0,24-0,82 £), что говорит об очень интенсивное поступлении на дно биогенного вещества. Исследуемые образцы иг Гватемальской котловины представлены как микроконкрециями- более

2 мм и менее 2 мм в диаметре, так и крупными асимметричными конкрециями ( 6-10 см в диаметре), шаровидной и эллипсоидальной формь с гладкой, крупноботроидальной, реже плоской или даже вогнуто!; нижней поверхностью и мелкоботровдальной, глобулярно-дендритовой, шероховатой верхней/ Рудная оболочка нижней части конкреций ж мощности в 1,5-3 раза больше верхней. Конкреции обладают грубос-лоистым циклическим строением и характеризуются еще более высок® содержанием 'марганца ( 35,8 - 38,4 %), чем диагенетйческие Ш радиоляриевой зоны и крайне низким железа ( 2,04 - 2,6 %). Крош того для этих конкреций характерны аномально малые содержали микроэлементов, таких, как Со, Ш, Си, что является следствие! процесса разбавления при очень -высоких скоростях роста этих образований.

Район исследования в Центральной котловине Индийского океан; характеризуется выположенным рельефом и глубинами около 5000 ы Вмещающие конкреции осадки представлены коричневыми гомогенным глинисто-радиолярневыми илаыи.

Большинство проб из исследованных индоокеанских конкреци относятся к так называемым седимеятационно-диагенеткческим к ха растеризуются отношением Мп/Ре от 2,49 до 3,43. С возрастание: Мп/Ре отношения в них увеличивается содержание никеля и меди М1+Си= 1,42-2,20 X) и уменьшается содержание кобальта ( ОД1

- и -

-0,21 %). По размеру они в основном мелкие - 1-4 см в максимальном сечении, преимущественно эллипсоидальные, шаровидные, эллипсоидально-шаровидные, реже дискоидальные, лепешковидные или сростки разрушенных конкреций. Ж седшентацконного типа харак-. теризуются. наиболее низкими величинами Мп/Ре отношения (1,54) и тонкоконцеятрически-слоистой текстурой, гладкие эллипсоидальные и лепешковидные конкреции размером от 1 до 6 см.

Таким образом, - исследуемые пробы Ж и вмещающих' осадков Тихого и Индийского океанов значительно отличаются друг от друга, а их морфологическое разнообразие и вариации элементного состава в значительной степени предопределены геолого-геохшмеской ситуацией, которая в свою очередь имеет влияние на сложные природные механизмы их образования.

Третья глава посвящена описанию методов органогеохймических исследований железо-марганцевых конкреций и вмещающих осадков.

Отбор проб Ж и вмешаюших осадков при проведении экспедиционных работ производились стандартным оборудованием-, используемым в морских геологических исследованиях Института океанологии, им.П.П.Ширшова, а именно: с помощью дночерпателя "0кеан-0,5", коробчатого дночерпателя, а также тралов различных типов. После завершения забортных работ и отбора проб железо-марганцевых конкреций и вмещающих осадков они высушивались при температуре не выше 60°С, а затем хранились в запаянных полиэтиленовых пакетах до начала проведения камеральных лабораторных исследований, которые включали элементный анализ на анализаторе СНН , определение группового состава лшидов путем количественной денситометрии пятен липидов на тонкослойных хроматограммах, газожидкостную хроматографию молекулярного'состава алканов и жирных кислот.

Экстракты липидов были получены путем горячей экстракции б аппарате Сокслета в течение приблизительно 100 часов из растертых проб конкреций и осадков. Из всех имеющихся'проб липиды 'экстрагировались. хлороформом. Для конкреций из Индийского океана дополнительно после извлечения хлороформенного экстракта была проведена экстракция спирто-бензолом при тех же условиях.

Для определения количественного состава лшшдных компонентов был выбран метод денситометрии пятен липидов на тонкослойных хро-матограммах.

В настоящее время не существует универсального обнаружителя, что обусловлено особенностями строения соединении различных классов липидов. Поэтому интенсивность пятна, определяемая на денситометре, не является прямым выражением абсолютного содержания данного компонента и для каждой группы липидов существует опреде-' ленный коэффициент зависимости интенсивности окраски пятна от строения." С целью определения этих коэффициентов была'проведена калибровка по стандартам основных групп липидных компонентов органического вещества. На основании компьютерного статистического анализа результатов калибровки для каждой группы липидных компонентов был вычислен коэффициент зависимости интенсивности окраски пятна от строения. Установлено, что для получения истинных абсолютных содержаний соединений каждого класса липидов в пробе, следует разделять интенсивность пятна на' вычисленный для этого класса коэффициент.

Предложенная модификация метода количественной денситометрии пятен липидов на тонкослойных хроматограммах была использована для изучения группового состава липидов железо-марганцевых конкреций.

Изучение молекулярного состава нормальных алкаяов и жирных кислот производилось методом газо-жидкостной хроматографии.

Подобный комплекс исследований требовал использования1 достаточно сложной аппаратурной базы с широким применением математических методов обработки материала.

Содержание углерода, водорода и азота определялось на анализаторе CHN методом элементного анализа, для количественной денси-тометрии пятен липидов на тонкослойных хроматограммах был использован сканнер РТ-730 (Shimadzu, Япония), выделение метиловых зфи-ров жирных кислот с тонкослойных хроматограмм производилось с помощью прибора "Eluchrom-CAMAG" (Швейцария), для анализа молекулярного состава, нормальных алканов был использован хроматограф "Биохром-1" с интегратором "Shimadzu C-R3A, Chromatopac" (Япония), анализ состава жирных кислот выполнен на хроматографе "Gas Chromatograph NORDION" Model 412 (Финляндия).

Для обработки данных широко применялись статистические методы обработки с использованием JI3BM IBM AT 286 и IBM AT 386 на базе математических програм STATGRAF1CS и др.

Таким образом, сложный природный объект исследований и поставленные задачи требовали во многом новых и трудоемких методических решений и использования разнообразной аппаратурной базы.

Четвертая глава содержит результаты исследования элементного состава органического вещества ■ железо-марганцевых конкреции и вмещающих осадков.

Содержание органического углерода (С0рг) в исследованных образцах Ж колеблется в широких, пределах от 0,03 до 0,44 Z сухого вещества. Различие между средними значениями Сорг в конкрециях Тихого и Индийского океанов невелико ( 0,14 и 0,10 Z соответс-

метода позволила обнаружить его только, в двух пробах конкреций. В исследованных вмещающих осадках содержание азота (0,015 Z) практически на порядок меньше, чем в конкрециях (в среднем 0,11 %)-, что' также .'подчеркивает разницу между составом органического ве- ■ щества Ж и вмещающих осадков.

Пятая глава содержит детальное изложение результатов исследования состава лилидов 20 проб железо-маргаяцевых конкреций и 3 проб вмещающих осадков. Липиды были-выбраны для наиболее детального исследования' вследствие того, что они являются одними из наиболее информативных компонентов органического вещества.

Содержание лилидов, извлекает хлороформом колеблется от 0,0012 до 0,0163, в среднем 0,0114 % от сухой навески растертых Ж. Среднее значение для индоокеанских конкреций (0,0041 %) значительно меньше, чем для тихоокеанских Ш (0,0976 %). Среднее содержание хлороформенной фракции лилидов в ОВ конкреций 6,6 1 при значительных колебаниях от 0^3 до" 19,0 %. Эта величина в ти-" хоокеанских конкрециях (в среднем равная 7,9 7.) в 2,9 раза превышает содержание этих лшзвдов в конкрециях Ивдиуского океана (2,7 Z).

Согласно установленной закономерности возрастания содержания" лилидов в составе ОВ в процессе его преобразования за счет избирательной сохранности некоторых лшвдных соединений [Беляева, Ро-манкевич, 1974], ОВ тихоокеанских конкреций, по-видимому, испыта-. ло более длительпое преобразование, чем ОВ индоокеанских. Содержание лищов, извлекаемых хлороформом, во вмещающих осадках, значительно ниже, чем'в конкрециях - 1,7 %,' что может служить подт- • верждением более продолжительной трансформации последних.

Лшщы, извлеченные из индоокеанских проб ж сгшрто-бензолом

после зкстракщш хлороформом, составляют от 0,0033 до 0,0165 % от сухой навески.Ж (в среднем 0,0067 1). Содержание в составе 0В спирто-бёйзольного битумоида в ШК из Центральной котловины Индийского океана (2,4-8,3, в среднем 4,1 X) заметно выше значений Вхл (2,7% в среднем). По- видимому, лилиды в этих конкрециях тес- , но.связаны с минеральной частью.

Групповой состав липкдов ШМК характеризуется значительной изменчивостью. Преобладающими компонентами в подавляющем большинстве хлороформенных и спирто-бензольных экстрактов являются полярные лшоды, углеводороды к жирные кислоты. .

Содержание полярных липидов (ЕЛ) в конкрециях, колеблется от 0,7 до 84,6 X, в среднем составляя 47,? % от■ суммы липидов. Высокое содержание ПЛ в подавляющем большинстве исследованных образцов конкреций, по-видимому, указывает на то, что основная часть ' этой фракции липидов представляет собой продукт поликонденсации и полимеризации.

Преобладающими компонентами- в составе- нейтральных липидов ЖМК являются углеводороды (УВ) и свободные гарные кислоты (КК), содержание которых составляет соответственно 2,1-68,7 I (в среднем 25,8 1) и 2,1-11,4 1 (в среднем 6,5 %). Эти фракции являются наиболее консервативными в составе липидов. Повышенные содержания УВ и Ж по сравнению с остальными фракциями липидов свидетельствуют об их избирательной сохранности в составе липидов Ж.

Средние значения содержаний 1Ш, УВ и-ЗЕК в конкрециях' Тихого и Индийского океанов различаются незначительно: ПЛ - 48,9 и 44,0 % от суммы липидов соответственно; Ж - 6,6 и 6,2 %; УВ - 24,1 и 31,2 г.

Содержание жирных спиртов (2С) колеблется от 0,4 до 26,6 % в

среднем составляя для ЖМК Тихого и Индийского океанов 5,1 и 4,0 Z соответственно. Содержание стеринов (СТ) составляет 0,2-5,9 7. ( в среднем 1,5 и 1,1 1 для ЛМК Тихого и Индийского'океанов соответственно). ■ ■

Связанные жирные кислоты представлены моно- и диглицеридами, триглицеридами (ТГ) и двумя фракциями зфиров, соответствующими по Rf на тонкослойных хроматограммах эфирам жирных кислот с низкомолекулярными спиртами (ЭИ) я зфщш восков или стеринов (Ж). Содержание моно- и диглицеридов в составе липидов Ж составляет 0,6- 18,9 %. (в среднем 3,8 и 6,1 % для тихоокеанских и индоокезн-ских конкреций соответственно). Триглицериды и обе фракции зфиров представляют собой продукты биосинтеза, очень неустойчивые и ■ быстро распадающиеся как з седиментогенезе, так и в раннем диагенезе. Содержание ТГ, 3$1и 3$2 составляет 0,3-8,2 Z, 0,5-12,4 % и 0,7-11,9 % соответственно. Присутствие в составе липидов Ж триглицеридов, зфиров i и зфиров 2 в концентрациях, в сумме составляющих около 10 %, свидетельствует либо о постоянном поступлении в 08 конкреций свежесингезированных компонентов в результате деятельности микроорганизмов, либо об особых- условиях консервации в процессе роста ЖМК. Сильная изменчивость состава липидов ¡KMK свидетельствует о существенно различавшемся участии живого вещества в формировании ОВ конкреций. Зги различия проявляются не только для конкреций, отобранных в разных океанах, но и внутри относительно однородных по условиям нахождения полей.

Спирта- бензольные экстракты липидов исследованных ЕЖ характеризуются преобладанием полярных соединений (43,1-79,3 Z, в среднем 61,3 X) и фракции моно- и диглицеридов (2,9-13,4 1, в среднем 8,6 X). Различия в составе хлороформенных и спирто-бен-

зольных липидов свидетельствуют о том, что в конкрециях с минеральной^ частью наиболее тесно связаны полярные соединения, моно-и Диглицериды и стерины. В то же время, в'болыпинстве' исследован-, ных проб ШК из Центральной котловины Индийского океана в спир-то-бензальных .экстрактах липидов" суммарное абсолютное содержание трех фракций наиболее лабильных связанных жирных кислот превышает их содержание в хлороформенных экстрактах в среднем в 3,5 раза. Так как присутствие связанных жирных кислот может быть индикатором малопреобразованного ОВ, то можно предположить существование условий,консервации такого вещества в минеральной матрице конкреций. : .

В составе липидов исследуемых образцов преобладают полярные компоненты (54,3 I в среднем), углеводороды (16,6 X) и жирные кислоты,(13,1 %). Минорными составляющими являются жирные спирты, стерины и моно- и диглицериды, содержание которых в среднем 2,9, 1,9 и 5,3 % соответственно, также присутствуют и связанные жирные кислоты тригдицериды; ■ эфиры жирных кислот и эфиры отеринов- в количестве 0,9, 1,3 и 3,8 2 соответственно.

Сравнение абсолютных значений содержаний компонентов группового состава липидов ВД и вмещающих осадков показало,что в конкрециях содержание полярных соединений ниже,чем в осадках. В то же время конкреции, по сравнению с вмещающими осадками, характеризуются повышенными значениями связанных жирных кислот (ТГ, Ш и ЭК), принадлежащих к числу наиболее лабильных' компонентов липидов и, по-видимому, синтезированных микроорганизмами. Таким образом предполагается, что ОВ конкреций формируется при большем участии живого органического вещества и является менее преобразованным, чем ОВ вмещающих осадков.

Выявленное для'исследуемых проб изменение состава OB от ядер к верхним рудным оболочкам фиксирует различные этапы в истории роста конкреций, вероятно',связанные с изменением механизма их образования.' Общим.для исследованных образцов является более высо- . кое содержание полярных соединений в верхних рудных корках, а также го, что суша наиболее лабильных связанных .жирных кислот в ядрах выше, чем в верхних рудных оболочках. Более высокое содержание в верхних рудных оболочках полярных соединений, большей частью являющихся продуктами голикоядеясации и полимеризаций простых липидов, по-видимому, отражает более высокую степень трансформации органического вещества при образований исследуемых ; конкреций.

Исследованные молекулярные спектры н-алканов 1Ж и вмещающих осадков обнаруживают значительную изменчивость. В то же время, проведенная типизация молекулярного состава нормальных алканов согласуется с данными по групповому составу липидов". Для проб со среднемолекулярным (С21 - С25) и низкомолекулярным (Cie - С20) максимумами н-алканов общим является высокая-степень деградации . липидов, зафиксированная.также и в их групповом составе.Повышенное содержание высокомолекулярных алканов С26 - С35 в пробах Ж, характеризующихся относительно высокими содержаниями связанных жирных кислот в групповом составе липидов, свидетельствует о влиянии бактериального синтеза. Это заключение подтверждается многими работам по изучен!л жизнедеятельности микроорганизмов, связанной как с накоплением оксидов Мп и Fe в морской среде, так и непосредственно с Ж [Сорокин, 1972; Ehrlich et al., 1972; Кер-kay.Nealson, 1982; Rosson.Nealson, 1982; Дубинина, 1978(1 и II), 1988].

Кирше кислоты. составляют от 3,8 до 29,5 1 хлороформенной части липидов и от 2,5 до 26,0 X в спирто-бензольной фракции. Во вмещающих осадках' содержание Ж колеблется от 8,9 до '35,7 I от общего количества хлороформенного экстракта.

В составе жирных кислот конкреций и вмещающих осадков были выявлены следующие группы: насыщенные жирные кислоты нормального строения Ов - С24 , мононенасыщенные кислоты с различным положением двойной связи С14;1 - 024:1 . полиненасыщенные жирные кислоты от С16.-2 До С24:б я разветвленные изо- и антеизокислоты С15.

Состав жирных кислот Ж и вмещающих их осадков отличается значительным своеобразием. Высокое содержание неустойчивых ненасыщенных соединений, обнаруженное в большинстве исследуемых проб .Ж и вмеирощих осадков, подтверждает существование условий, в которых могут сохраняться лабильные соединения подобного типа. Механизм предохранения ненасыщенных Ж от деградации окончательно не выяснен и требует дополнительных исследовании.

Сравнение содержания суммы ненасыщенных компонентов в составе Ж конкреций Тихого и Индийского океанов, показавшее, что индоо-кеанские Ж содержат почти в 2 раза больше этих лабильных соединений, чем тихоокеанские, свидетельствовует о меньшей степени трансформации ОВ индоокеанских конкреций.

Статистическая обработка результатов анализа состава липидов методами многомерной статистики выявила взаимосвязь между полученными данными по составу жирных' кислот, групповым составом липидов и содержанием основных рудообразующих металлов'Ж.

Состав К проб, характеризующихся преобладанием низкшолеку-.лярных насыщенных кислот, позволяет предположить сравнительно небольшую степень преобразования ОВ. Подобный состав 1К получен при

исследовании OB бактериального происхождения [Blumer et al., 1959; Kates, 1964;' Oliver,Colwell, 1973]. Этот вывод подтверждает максимальное по сравнен!® с другими исследованными М содержание полярных соединений и зфиров жирных кислот и близкое к максимальному содержание триглицеридов, относящихся к наиболее лабильным группам липидов. Эти конкреции отличаются наиболее высоким содержанием марганца и наиболее низким железа и, следовательно, наиболее высоким отношением Mn/Fe.

Состав жирных кислот проб вмещающих осадков и конкреций, в котором' преобладают мононенасыщенные средиемолекулярные кислоты, весьма своеобразен. В то же время, учитывая, что низко- и средне-молекулярные монокенасыщенные кислоты являются одними из основных компонентов бактериальных липидов [Kates, 1964; Volkman, 19801, а также принимая во внимание максимальное, относительно других исследованных проб, содержание триглицеридов в.роставе липидов, можно утверждать, что в составе органического вещества этих проб отчетливо фиксируется присутствие свежеоинтезированных компонентов, ло-видшому, бактериального генезиса.. Для Ш этого типа отмечены минимальные значения содержаний марганца и железа и максимальное содержание кобальта.

Преобладание в составе ЕК конкреций относительно высокомолекулярных- соединений с числом атомов углерода 22-24 дает возможность предположить более высокую степень преобразования ОВ этих проб по сравнению с вышеописанными пробами. ' Подтверждением этого служат и наиболее высокие содержания таких консервативных групп липидов, как стерины, жирные спирты и ароматические углеводороды •и минимальное содержание полярных соединений и наиболее лабильных, связанных жирных кислот. В этих конкрециях максимально относи-

тельно других исследованных проб содержание железа и минимальны содержания никеля и меди.

Различия между основной рудной массой; и верхними рудными обо-- ■ лочками- .ВК проявляются как в групповом, так и в индивидуальном • составе Ж, что связано с изменением во Бремени условий преобразования ОВ и степенью участия микроорганизмов в процессах его трансформации. Более высокое содержание суммы ненасыщенных компонентов во внутренних частях конкреции по сравнению с верхними рудными оболочками позволяет предположить присутствие малопреоб-разованного органического вещества в основной'рудной массе.

Соотношение основных выделенных групп - насыщенных, мононенасыщенных, полиненасыщенных различно для хлороформенных и спир-то-бензольных экстрактов исследованных проб. В то же время общей чертой является значительно более высокое "(в среднем в 2,5 раза) содержание насыщенных жирных кислот в сперто-бензольных экстрактах по сравнению с хлороформенными. По-видимому, насыщение жирные кислоты прочно связаны с минеральной частью. Большее содержание низкомолекулярных ненасыщенных 1К в спирто-бензольных экстрактах по сравнению с хлороформенными является свидетельством консервации малопреобразовавного ОВ в минеральной матрице конкреций."

Таким образом, детальное , комплексное исследование группового и молекулярного состава ливдов Ж позволяет заключить, что преобладающими компонентами в нем являются консервативные соединения, свидетельствующие о значительной степени-преобразования органического вещества. В то же время и в групповом и в молекулярном составе липицов выявлены .лабильные соединения, характерные для свежесинтезированного органического вещества. В составе липи-

дов внутренних и внешних частей Ж выявлены различия, свидетельствующие об изменении преобладающих источников и путей трансформации ОВ, входящего в состав конкреций в процессе их формирования. Сопоставление состава липидов'РЖ и вмещающих их осадков показало значительные различия между ними и позволило предположить, что ОВ конкреций не является прямым продуктом преобразования ОВ вмещающих осадков' и в значительной мере развивается по особым путям. В частности, приведенные данные указывают на существование условий' консервации мадопреобразованного ОВ в составе исследованных конкреций. Исследование взаимосвязи между составом липидов и содержанием основных рудообразрпщх металлов исследуемых Ж позволило'предположить, что конкреции, обогащенные марганцем и связанным!! с ним малыми элементами, образуются при активном участии определенных видов микроорганизмов в концентрировании и перераспределении этих' металлов. Отсутствие или подавление жизнедеятельности таких микроорганизмов может влиять на снижение интенсивности концентрирования марганца, никеля и меди.

Ззялвченкз. '

Путем применения комплекса органогеохимических методов впервые изучен состав органического вещества железо-марганцевых конкреций Тихого и Индийского'океанов в аспекте их генезиса. Комплексное исследование группового и молекулярного состава липидов как одной из наиболее устойчивых и генетически информативных ком-" понент органического вещества, а также его сопоставление с составом основных рудообразущих элементов ЕЖ выявило индикативные свойства липидов в изучении влияния биогенного фактора на формирование железо-марганцевых конкреций. В групповом, и молекулярном

составе лищов железо-марганцевых конкреций Тихого и Индийского океанов выделены два типа соединении различной .реакционной способности, источниками которых, по-видимому'/- являются глубоко' пре-' * образованное органическое вещество.,. поступающее на дно пелагичес-. . ких областей, и органическое вещество, продуцируемое микроорганизмами, жизнедеятельность.которых связана с конкрециями. Изменчивость состава органического вещества в железо-марганцевых конкрециях Тихого и Индийского океанов, по-видимому, обусловлена различающимся по площади и во времени влиянием живого 'вещества,, на бактериальное лросхсвдение которого указывают ^различные индикаторы как на групповом, так и- на молекулярном уровнях. Различия в элементном составе органического вещества, молекулярном и групповом составе лишщов, выявленные для отдельных частей исследованных Ж, подтверждают' существование определенных этапов в истории развития конкреций, что, по-видимому, связано с неравномерной • поставкой органических соединений и рудообразукщих элементов, а также с изменением глобальной обстановки осадконакопления в пределах крупных областей пелагического конкрециеобразования. • Обнаружена связь состава органического вещества с содержанием основных породообразующих Металлов. Влияние живого вещества, зафиксированное в составе ОВ на групповом и молекулярном уровнях, является важным фактором диагенетической мобилизации основных рудообразующих элементов. В составе органического вещества Ж Тихого и Индийского океанов'.выявлены различия. В то. же время проведенная типизация ивдоокеанских и тихоокеанских железо-марганцевых конкреций на уровне группового и молекулярного состава липидов показала, что общие закономерности формирования состава органического вещества сходны для конкреций радиоляриевых зон этих океанов.

По теме диссертации азтором опубликовали сгедукщие работы: ' 1. Состав лшвдоз железо-марганцевых конкреций Тихого и Индийского океанов. 111-е Всесоюзное Совещание по геохимии углерода. 1991, Тезисы докладов. W., с.150-151.

2. Состав алканов железо-марганцевых конкреций Тихого и Индийского океанов, (совместно с А.Н.Беляевой).II 1-е Всесоюзное Совещание по геохимии углерода. 1991, Тезисы докладов, М., с.152-153.

3. Использование денситомегрии для количественного определения группового состава природных липидов. "Океанология", 1992, т.32, вып.З, с.583-587.

4. Вариации состава липидов и алканов железо-марганцевых конкреций, связанные с их генезисом (совместно с А.Н.Беляевой). Доклады Академии Наук, 1993, т.332, N 1, с.66-69.

5.- Данные по-составу органического вещества железо-марганцевых конкреций Тихого и Индийского океанов (совместно с Н.С.Скор-няковой).. "Геохимия", 1994, N 1, .с. 172-181.

6. Содержание и состав жирных кислот железо-марганцевых конкреций Тихого и Индийского океанов. "Океанология" (в печати).

Подписано к печати 199 Уг.

йтпечатано на ротапринтв в Формат бумаги 30x42/4 Производственном комбинате объем ■

Литературного .фонда Зак. Тир. 100