大洋铁锰结核的成因机制讨论.ppt

大洋铁锰结核的成因机制
自19世纪中叶英国“挑战者”号在大西洋底首次发现锰结核以来,人们在对海底“黑色资源”实施调查的同时,也注重于成因的研究。一般认为锰结核中的纹层构造是由沉积动力学机理形成,其内部物质主要是胶体化学成因(许东禹,1993; Sorem et al, 1977) 。随着研究的深入,有学者认为微生物在锰结核形成过程中起着重要的作用,是结核生长的促媒剂(阎葆瑞,1994)。1973年比利时古生物学家Monty就提出锰结核是叠层石这一看法,但由于缺乏足够的证据而未被世人所接受。
大洋铁锰集合的成因机制
胶体化学成因机制
生物成因机制
1、胶体化学成因机制
Bonatti ez al., (1972 )等认为结核中Mn/Fe值和伴生元素的变化能反映结核的形成机制和形成条件,他们试图用Mn/Fe值将水成结核(沉积型)、早期成岩作用形成的和混合成因类型的结核区分开。其中有代表性的属Halbach。al., (1981)的分类。经统计得出:
水成结核:主要矿物相δ-MnO2,其Mn/ Fe <;
成岩型结核:中主要为钡镁锰矿,其Mn / Fe>5;
混合型结核(即结核上部为水成的,下部为成岩作用形成的):其Mn/Fe = --5。
经统计,结核中某些微量元素,如Ni,Cu,Co等与Mn/ Fe值存在着一定的关系:Mn/ Fe<5时,Ni和Cu随Mn/ Fe值增加而增加;Mn/ Fe>5,Ni,Cu随Mn / Fe增加而减少;Mn / Fe=5时,Ni,Cu含量最高。其它元素间的关系为:
当Mn/ Fe < 5时,Fe与Co,Ni为正相关关系,与Mn,Cu为负相关;Co与Mn,Ni,Cu为负相关关系;Ni与Cu为正相关。
当Mn/ Fe>5时,Fe与Co,Ni,Cu为正相关关系,与Mn为负相关;Co与Ni,Cu正相关,与Mn为负相关;Ni与Cu为正相关关系。
锰矿物的成因及其Mn/Fe值
δ-MnO2的两种成因:一种为原生,一种为次生。
原生δ-MnO2可能是在结核形成过程中以δ-Mn02与Fe00H·xHzO取向附生(Burns et al., 1977)的方式沉淀的;或者是在结核重结晶的初始阶段由胶体变化而成的。其Mn/Fe= 2-。
次生δ-MnO2多产出在次生致密带,而次生致密带多出现在结核顶部,这是由于底层水的作用使次生δ-MnO2交代了原生δ-MnO2。富Ni、Cu的非晶质铁锰氧化物,一种出现在钡镁锰矿块状交代带的中部,是早期成岩阶段物质再分配的结果;另一种沿裂隙或层间贯人的非晶质铁锰氧化物细脉体具收缩裂隙或同心环带结构,这种脉是在结核固结并发生裂隙后形成的,而且很可能是在结核被沉淀物埋藏之后的早期成岩阶段,由于结核内部物质的水解和再沉淀(液体来源于孔隙水)而形成。富Ni,Cu非晶质铁锰氧化物的Mn/ Fe>5。
2、生物成因机制
1994-1995年对东太平洋锰结核包壳及其内部纹层构造作光学显微镜和透射电子显微镜的系统研究。结果表明,深海锰结核是一种锰质核形石,其包壳是叠层石。光滑状和瘤状锰质核形石分别是由微小叠层石和奇异叠层石构成,而叠层石则由纳米级微生物建造而成。新近发现的中华微放线菌和太平洋螺球袍菌分别是微小叠层石和奇异叠层石的建造者。这种典型微生物岩的发现对大洋锰结核成因的认识提供了依据。
微生物活动对结核形成的影响
微生物凝聚和富集多种金属元素,它们不仅可以在各种不同固体附着物上建造锰质核形石(锰结核),而且还在其新陈代谢的过程中直接富集金属元素堆积成矿。
另一方面由于海底的锰氧化菌和锰还原菌的活动,可改变或影响介质中的pH, Eh值的升高或降低,促进氧化一还原作用的进行,造成Fe, Mn化合物的溶解,元素的迁移或氧化低价态Fe, Mn成高价态化合物沉淀,使得结核中不仅赋存有丰富的Fe, Mn元素,也导致铁锰矿物的形成。
据鉴定,主要锰矿物有钙锰矿、水钠锰矿和水羟锰矿等,瘤状和光滑状结核分别以含钙锰矿和水羟锰矿为主,它们一般为生物成因锰矿物。故此结晶差、颗粒微细。
寻找起建造作用的活体
虽然利用电子显微镜(主要是透射电镜)在铁锰结核中发现了超微化石,认为这些超微化石所代表的超微生物群正是铁锰结核体的建造者。此外,还有学者在深海发现了铁细菌,甚至还在实验室中培养出了铁锰细菌。这些都为生物成因注入了新的活力。然而遗憾的是,迄今为止谁也没能在结核体中发现正在起建造作用的微生物活体。这给无机论者留下了争论的缺口。故此无机成因论者仍在以新的证据阐述自己的观点。还有学者提出了生物与生物-化学二元成因机制。因此,在多金属结核中寻找起建造作用的微生物活体,便成为最终证明其生物成因的关键。
正基于此,研究人员利用研究生物体最有效的高精度荧光显微镜,对1997年底刚从东太