Ч-сТЛА

О К Е А Н О Л О Г И Я
т. II
1 9 62
в ы п. в
О^Й-МоСоб/у-А
Ч-сТЛА
(\'Л
П
Ш
Л
1
-
|У(к®1й.Я«лЯ1Ь
В О. КАЛИНЕНКО, О. В. БЕЛОКОПЫТОВА; Г. Г. НИКОЛАЕВА
Б А К Т Е Р И О Г Е Н Н О Е Ф О РМ И РО В АН И Е Ж ЕЛЕЗО -М АРГАН Ц О ВЫ Х
К О Н К Р Е Ц И Й В ИНДИЙСКОМ ОКЕАНЕ
“ ‘
'
*
Институт океанологии А И СССР
ВВЕДЕНИЕ
7
,
•
Б последние годы ж ел езо -м ар ган ц о в ы е конкреции привлекаю т вним ание к а к источник редких элементов. И нститут морских ресурсов К а л и ф орни й ского университета предлож ил проект, по котором у вся потреб н ость ам ери кан ской м етал л урги и в стратегически ценных м етал л а^
м о ж ет бы ть у д овл етворен а их вы плавкой из ж ел езо-м арган ц овы х ко н креций, п одним аем ы х со д н а откры ты х районов океан а. В этом проекте
подсчи тан о, что 1 г конкреций, полученная методом гидравлического
.д р а ги р о в а н и я , б у д ет стоить от 3 до 5 д о л л ар о в. В конкрециях содерж и т с я до 48% м а р га н ц а , 1 % ко б ал ьта, 1,4% н икеля, 1 ,8 % меди и р яд
д руги х ред ки х и р ад и о ак ти в н ы х 1 элементов.
В первы е о морских кон креци ях упом инается после экспедиций на
' « Ч ел лен д ж ере» в 1873— 1876 гг. [24] и на «Веге» в 1878— 1880 гг. в Б а рен ц ев о и К арск ое м оря [26]. Н орД енш ельд [26] писал, что конкреции в
К а р с к о м и Б арен ц евом м орях находятся в количестве, пригодном д ля
■выплавки чугуна й ж е л е за,-н о отсутствие близких источников у гл я преп ятствует их м етал л урги ч еском у использованию .-Ж ел езо -м ар ган ц о в ы е конкреции были об н аруж ен ы и в д руги х м орях
наш ей стран ы , а именно — в Б елом (экспедиция М орского научного
института, 1921), Ч ерном [6], Б алтийском [5]; С ам ойловы м и Титовым
116] и сследован ы конкреции со д н а Черного, Б ал ти й ского и Б ар ен ц ев а
морей. В Ч ерном м оре конкреции образую тся главны м о б разом на р а кови н ках Мобю1а и имею т лепеш ковидную форму. В Б алти й ском море
■они по внеш нем у виду нап ом и наю т озерную «копеечную » руду.
С отрудники С криппсовского океан ограф и ческого института [20, '23]
о б н а р у ж и л и больш ое количестве ж елезо-м арган ц овы х конкреций и корок, п р ед став л яв ш и х собой см есь окиси и гидроокиси м ар ган ц а и ж е л е з а с прим есью других элем ентов, на подводны х возвы ш енностях в
глубоководн ой северо-восточной и ю го-западной ч астях Тихого океан а.
Во врем я экспедиций на «В итязе» ж еле 130-м арган ц овы е конкреции
н ай дены в больш ом количестве на красны х глинах в центральной части
северо-восточной котловины Тихого океан а на глубине 5000—6000 м и в
р ай о н е, располож енн ом к востоку от Г авай ск и х островов (25° и
Ж с. ш .) [17, 18].
.
КОНКРЕЦИИ ИНДИЙСКОГО ОКЕАНА
В И ндийском океан е (33-й р'ейс э/с «В итязь») ж елезо-м арган ц о вы е
кон креци и бы ли собран ы на нескольких станц и ях (табл . 1 , рис. 1 ), г л у б ин ы которы х превы ш али 4000 м. Н а ст. 4890 конкреции были об наруж ены и на меньш их глуби н ах. Почти на всех стан ц и ях конкреции встреч а л и с ь на коричневы х глинисты х и известковы х ф орам иниф еровы х илах.
У
'1051
Формирование железо-марганцовых конкреций
У
Таблица!
Характеристика станций, на которых были обнаружены железо-марганцовые
конкреции в Индийском океане
№
ст.
ГлуХ арактерибина, стика грунта
.м
^848 4753
1
4878 4676
Красная
глина
Коричневый известковый форамнниферовый
ил
Орудие сборов
Дночерпатель
«Океан-50» То же
Количество
конкреций
1
Овально-бугристая;
поверхность гладкая;
ядро плотное, черного
цвета
л
3 ,0
Многодольчатые,
82,3% по- От 2 ,0 — до
сфериче8 ,0 большинство бугристые,
верхности
дночерпателя крупных. Сред- ские,овальные, плотные
занято кон- ний размер 4 ,0 —с гладкой поверхностью; ядро плотное
крециями
(рис. 3)
ДночерМного
натель
крупных
«Океан-50»
5959
Т рал Сиг- Много
Коричневый извест- сби—Горбуковый' фора- нова
ми ниферовый
ил
Красная
глина
4(337 4244
'4902* 5187
Форма, цвет
конкреций
Трал Сиг- Много мел- От 2 ,0 д о 3 ,0 Многодольчатые, с
несколько круп- ржавым налетом, хрупсби—Горбу- ких
ных^ размером кие, легко распадаюнова :
щиеся. В .3 экземпля4 ,0 —7 ,0
рах включения —зубы
акул
4885 4382
4830 3603
{уо'у-.ги
■Д иам етр, ск
" Красная
глина
до
6 ,0
Средний
мер—2 ,0
:
Лепешковидные,
сферические;
поверхность шероховатая, потемно-коричраз- ристая,
невого цвета; ядро
плотное
Дночерпатель
«Океан-50»
Среднее
количество
Большинство
Овальные,
поверхмелких 0 ,5 —1 ,0 ность1 черного цвета;
Средний размер ядро плотнее; на изло1 ,5 —2 ,0 ; 1 эк- ме конкреции видна
слоистость
земпляр —5,5
4 Тб же
Много V
м елких■
■От 0 ,У д о 2,0 Сферические, сильно
поверхНесколько, эк- бугристые;
шероховатая,
земпляров, до 5 ность
черно-коричневого цвета; ядро плотное
* Образцы конкреций с пяти станций (ст. 4793, 4892, 4898, 4900. 5005), встреченные в единичных
экземплярах в прямоточной трубке, находятся в коллекции геологического о тд ела. .
И з т а б л . 1 видно, что ф орм а конкреций б ы л а р азн о о б р азн о й . Н а р я д у
с п р ав и л ь н о сферическими, встречали сь бугристы е, м ногодольчаты е .кон- ....
креции, со ставл ен н ы е к а к бы путем сл и ян и я н ескольки х ш арови дны х о тдел ьн о стей (рис. 2 ). Р е ж е п оп ад ал и сь плоские, л еп еш кови д н ы е к о н к р еции. Р а зм е р ы конкреций И ндийского о к е а н а ш ироко в ар ьи р у ю т в д и а м етр е от н ескольки х м и ллим етров д о 8 еле.
• П р и м ехан ическом ан ал и зе донны х и лов бы ли о б н ар у ж ен ы к о н к р еции в вид е м ельчайш их сф ерических тел. А н ал и з п роизвод или след ую щ им о б р азо м : весь ил, проходящ ий ск возь сито ОД м м , р азд е л я л и водой
н а к р у п н о -ал ев р и то в у ю '(О Д —0,05 м м ) и м ел к о-ал еври товую (0,05—
•0,01 м м ) ф р ак ц и и . Ф ракцию меньш е 0,01 м м или п елитовую не соб и рали .
В есь о стато к на сите со ставл ял ф рак ц и ю больш е ОД мм , В и ле после
р азд ел е н и я его на ф ракци и мы н аходили м икроскопические конкреции,
1052
В. О. Калиненко и ар.
по своей ф орм е соверш енно сходны е с крупными конкрециям и (рис. 4 ).
Д и ам етр ы м икроскопических конкреций равны д олям м иллим етра.
Э тот ф ак т очень в аж е н с точки зрен и я генезиса конкреций. М икроскопические конкреции, н аход и м ы е в и лах, возм ож но, п ред ставл яю т собой
Е сли расп о л о ж и ть конкреции, собранны е на одной станции, начиная
от м икроскопических до крупны х форм, то получится р яд от шариковс ди ам етром в д есяты е доли м иллиметра' до бугристых конкреций д и а м етром в н есколько сан ти м етров. К онкреции разли чаю тся м е ж д у 'со б о й
не тол ьк о р азм ер ам и , но, что более в аж н о отметить, строением и п лотностью своего тел а. Н а р я д у с конкрециям и с блестящ ей тем н о-м арган цовой поверхностью и плотной м ассой, мы находим губ чато-н озд реваты е, ш ероховаты е и л егк о расп адаю щ и еся. П од лупой видно, что они
состоят из м н ож ества м елки х конкреций, объединенны х в ш а р о о б р а зный ком плекс.
V
•
'
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ КОНКРЕЦИЙ И ГРУНТОВ ИНДИЙСКОГО ОКЕАНА
П ри сп ектрал ьн ом а н а л и зе конкреций и грунтов И ндийского о к е а н а
в них бы ло о б н ар у ж ен о около 30 элементов. И з таб л. 2 видно, что н а бор элем ентов, входящ и х в состав конкреций, больш е, чем в грунтах.
Т ак и е элем ен ты , к а к м олибден, ниобий, олово, тал л и й и другие, отсутс тв у ю т, в грунтах и об н ар у ж ен ы в конкрециях. В конкрециях зн ач и тел ь н о увел и чи вается со д ер ж ан и е ж е л е за , м арган ц а, ко б ал ьта, никеля, свинц а, в ан ад и я , циркония. И з анали ти чески х данны х м ож но сд ел ать вывод,
что конкреции явл яю тся ак к у м у л ято р ам и не только ж е л е за и м арганца*
!но и рл да редких элем ен тов, таки х, к а к молибден, талли й, ниобий, в а надий, никель, к о б ал ьт, цирконий.
тщттт
'Щ тт
Таблица 2
Химич
е
скийсо
ставглубоководнойглиныик
онкр
еций Индий
ск
о
го рк
еакб(впроц
ентах
)
Э
л
ем
е
н
ты 1
1
4
8
7
8
С
танции
ос
к
о
н
к
р
е
ц
и
и
гр^т
к
о
н
к
р
еции
-г
р
у
н
т
.
Ч
/
/С
"
^.
0
,002
0
,001
0
,001
0
,01 —
0
,02
/0
0
,0007
0
,01 У
,0005
—;
'
0
,002
0
,001
0
,003
—
—
0
,02/
0
,01/
0
,02 ^
0
,01—
0
,02 0
,04/
0
,01
0
,2 У
0
,005
0
,01 :
0
,1 У .
0
,002
0
,04/
0
,003
0
,04 У
'—
0
,005 ' 0
0
,01
,01
,005
0
,03
0
,03
0
,05-0
,07 0
0
,2 —0
,3
О
сно
в
а
0
,2 —
0
,3
О
снов
а
1-2
5
.»
1
2’
2 «У
2 У
в
V
.
—;■
0
,02 ✓
0
,005
,’; 0
,01 > ‘
0
,2
0
,05—0
,07 0
,05
-4
)
,07 0
,1
.
0
,05
0
,05
0
,05
0
,1
"
0
,1-0
,2
0
,2
0
,1
о*1 '
.'
■■■
■
б
. ■ 7 2
-У
О
сно
в
а
2 /
1-2
2
3-5
2
.
3
1
'1
1
. ■ ..
,005
—
0
,01
—
'■
:
г
- 0
—■
'
■
>
" '
^: —
0
.001
,ро! *
0
,02—0
,03 о
0
,0005
0
,02
6
^007 —'
■;
—
0
,001
,001
—
г ■0
Сл
еды
^ Сл
е
ды
4&
б 01+
.
г
р
у
н
т
0
,0001'
0
,002
0
,001
—
0
.02
0
,004
0
,003
0
,003
0
,005
1
2.
.
.
.
.
3
—
0
,1
0
,1
;
о
,1-о,
О
сно
в
а
3
3
— .
—
0
,0003
—
к
о
н
к
р
е
ц
и
и
4Ш
)
г
р
у
н
т
0
,002
.—
0
,01 У
—
—
0
,01—
0
,02
/
0
,03 >
0
,005,
—■
0
,3 V
0
,05 У
—.
.
—.
0
,01
0
,03
0
,002
О
сно
в
а
0
,3
»
1"
1
2 У
—
0
,03 —
"
0
,2
0
,03
0
,2
,
0
,05
0
,2
0
,1
'Основа
2У
О
сно
в
а
2
2
1 .
1
—
0
,005
—.
0
,0005
—
—
—
0
,01 ‘
—■
0
,001
Сл
е
ды
4
Ь
9
7
1
<
о
н
к
р
е
ц
н
и]
0
,002
0
,01 У
•—
0
,01У
0
,03у
0
,1 '
0
,05У
0
,01
0
,05
О
ско
з
а
»
2■ >
0
,02у
0
,5
0
,05
0
,Г
2 У
.
1-2
0
,7
0
,005
'
0
,0005
—
0
,01
0
,001
Сл
е
ды
к
о
н
к
р
е
ц
и
и
г
р
у
н
т
■—■
0
,002
0
,002 0
,0005
0
,0007
0
,01 у
0
,001
-0
,002 0
,002.
0
,001
■—
—~ ■
0
,02 У
,05 У
0
,01—0
,02
0
,01
-0
,02 0
0
,2-0
,ЗУ 0
,007 ,
0
,01
0
,005
0
,05 ✓
0
,008
—
,005*
'0
,01 ', 0
0
,03
0
,007
0
,005
О
сно
в
а
0
,5
0
,5-0
,7
1-2
»
2
6
3У
2
_
—
0
,
2
0
,
3
0*1
,
0
,05
0
,007
0
,1
0
,1
0
,1 —0
,2
0
,1
О
сно
в
а
2
3
■—
—
0
,0003
—
—
”
,,
■I
ЙЯ
пШМ
й
т
-
4
9
0
2
г
р
у
н
т
ч
тН
О
!
т
о
о
В
е
РЬ
С
а
М
о
Си
N
1
Со
2
г
V
Мп
Н
е
.А
1
2п
Т
1
5
г
В
а
^ 5Г
"
.С
а
ме
Ы
а
.
Т
1
■В
1
С
г
М
Ь
5п
ТЬ
т>5
4
6
4
8(
« И
1Ш^ГГ "Т
3 у
2
'1
0
,005
0
,0005
0
,0005
0
,01
0
,001
Сл
е
ды
6
2
4
0
,005
„
0
,001
—
—
—1
к
о
н
к
р
е
ц
и
и
0
,001
;
0
,01 у
0
,001—
0
,002
:
0
,03 /
0
,05—
0
.07 У
0
,5 —0
,7 У
0
,03 У
0
,01
0
,02
О
сно
в
а
>
2 У
0
,3 у
0
,2
0
,05
0
.1
2У
2
1
0
,005*
0
,0005
—
0
.03
0
,001
Сл
е
ды
1054
В. О. Калиненко и др.
С ущ ественную п од д ерж ку биогенной точке зрен и я на форм ирование
конкреций о к а зы в ае т сп ек трал ьн ы й а н ал и з микроконкреций, диаметромв среднем около 30 р, най денн ы х при п ром ы вке илов со ,стан ц и и 4902
(рис. 4 ). О к р аска и ф орм а этих микроскопических об разован и й совершенно один акова с окраской и формой типичны х крупных конкреций на
этой станции. О к р у гл а я ф орм а м йкроконкр’еций легко объясняется тем,
что б актери ал ьн ая колони я, их ф о р м и р у ю щ ая, ка к . правило, имеет сф ерическую ф орм у и что н асл оен и е б актер и альн ы х осадков происходит
'ПО поверхности м и н ерал ьн ого я д р а , сф орм ирован н ого бактериям и ,
(рис. 5 и 6 ). Г ен ети ческая с в я зь крупны х и м елких конкреций п одтверж д а е т с я их химическим ан ал и зо м , которы й п о к аза л , что так и е элементы ;
. к а к кремний, алю миний, ж е л е зо , м ар ган ец , натрий, к а л ь ц и й ,.м а гн и и ,
в больш ом количестве ■п рисутствую т в м икроконкрецйях. К ром е этих
элем ентов, об наруж ен ы следы в ан ад и я , к о б ал ь та, хром а, б ери лл и я, цинк а , Читана, б ар и я и меди. Н а основании сходства вещ ественного состава
конкреций всех р азм ер о в мы счи таем , что микроконкреции п редставляю т
соб ой н ачальн ую стади ю о б р азо в ан и я конкреций. В процессе микробиологического о сад к о о б р азо ван и я, п роисходящ его н а поверхности м икроконкреции, ее разм ер ы увели чи ваю тся.
ра д и о а к т и в н о с т ь м о рс к и х
ОСАДКОВ
■; В виду того, что в состав конкреций входит р я д редких и рассеянны х
элем ентов, интересно б ы ло вы яснить1, о б л а д а ю т ли конкреции и грунты ,
на которы х они бы ли о б н ар у ж ен ы , ради оакти вностью . Если бы удалось
П оказать, что стяж ен и я, н азы ваем ы е ж елезо-м арган ц овы м и конкреция- ................ ми, об л ад аю т повышенной
Т а б л и ц а . 3 }■ радиоактивностью , мы п олучили бы дополнительны й а р Радиоактивность грунтов и конкреций
гум ент в пользу участия б а к Индийского океана
тери й в их образован ии , поКоличество распадов
Количество распадов
том у что микроорганизмы ,
в минуту в 100 м г
в минуту в 100 мг
№
№
навески
навески '
станстанк а к известно, способны а к :
ции
ции
кум ули ровать
р ад и о акти в грунты | конкреции
грунты
конкреции
ные, редкие ‘ и рассеянны е
элем ен ты , следы которых
4848
29
4890
70
57
Фон
4878
43
71
42
4897
114
н ах о д ятся в окруж аю щ ем их
4885
43
Фон
4902
65
‘ растворе.
Фон
Д л я определения радио'
активности грунты высуш ив ал и в суш ильном ш к аф у,, а/к о н к р ец и и (по д ве-три с каж д ой станции)
с н а ч а л а р азб и в а л и м олотком , а затем р асти р ал и в порош ок фарфором
вым пестиком. И з и зм ельченны х конкреций и высуш енных грунтов
б р ал и две п ар ал л ел ьн ы е навески по 100 м г к а ж д а я . Н авески равном ерно
р асп р ед ел я л и по поверхности миш ени и и сследовали на счетной у становке типа Б-2 е торц овы м счетчиком, регистрирую щ им {^излучения.
Р езу л ьтаты п ересчи ты вали сь на 100% , эф ф екти вн ость счетчика и а к ти в ность п рёп аратов в ы р а ж а л а с ь в количестве р асп ад о в в минуту.;
И з таб л. 3 видно, что конкреции о б л а д а ю т больш ей ради оакти вностью , чем грунты. Э тот ф а к т говори т в п ользу бактериогенного происхож ден и я кон креци й . 1
СТРУКТУРА И БАКТЕРИОГЕННОЕ ФОРМИРОВАНИЕ
Ж ЕЛЕЗО-М АРГАНЦОВЫ Х КОНКРЕЦИИ
П ри рассм атри ван и и под м икроскопом п розрачны х ш лифов кон крец ий со ст. 4890 видно, что они состоят из м арган ц овы х оолитов, между
которы м и н аход ятся прослойки гидроокислов ж е л е за . Н а ш лиф ах ви д ны скелеты ф орам ин и ф ер, д и атом овы х и и зр ед к а — п розрачны е кристал-
Рис. 2. Черные много дольчатые (верхний ряд) и губчатоноздреватые
. конкреции Индийского океана (уменьшено в 4 раза)
Рнс. 3. Расположение и количество железо-марганцевых конкреций на поверхности дночерпательной пробы. 82,3% поверхности дночерпателя «Океан-50» занято конкрециями (ст. 4878)
Рис. 4. Конкреции .микроскопических размеров, обнаруженные в грунте
Рис. 5. Экспериментальное образование микроконкреций в
проточной морской воде. Плотное ядро первичной микрокодкреции окружено кольцом бактерий, наращивающих новые
концентрические слои осадков
Океанология, М 6
Рис. 6. Микроконкреция, образованная бактериями
в экспериментах в проточной морской воде
Рис. 7. Полированная поверхность
шлифа конкреции со ст. 4878 после
травления сернистой кислотой. Видны каркасы марганцевых оолитов и
прослойки гидроокислов железа между ними
Рис. 8. Поверхность полированного шлифа конкреции со ст. 4878. Ясно видны
концентрические слои нарастания конкреции
Рис. 10. Бактериальная | зона вокруг рыхлых микроконкреций, помещенных в агар
Формирование железо-марганцовых конкреций
1055*
л ы цеолитов р азли чн ой форм ы . П осле травлен и я сернистой ки сл о то й ,
поли рован н ой поверхности ш л и ф а конкреции со ст. 4878 гидроокислы
м ар ган ц а р аство р я ю тся, на рис. 7 видны лиш ь к ар к асы м ар ган ц о в ы х
оолитов. Г и дроокислы ж е л е за в виде светлы х прослоек к а к б ы Н а с л а и ваю тся на м ар ган ц о в ы е оолиты .
Н а рис. 8 и зо б р а ж ен (П олированный ш лиф конкреции со ст. 4878.
Я сно видны концентрические слои н арастан и я конкреции. П е р ф и л ь ев
[14] считает, что к а ж д ы й концентрический слой н арастй н и я кон крец и и
р авен годичном у периоду. К ал и н ен ко [ 1 1 ] находил в К ар ел ьски х о з е р а х г
богаты х ж е л езо -м ар ган ц о в ы м и конкрециям и, колючую проволоку и д р у гие п редм еты , затон увш и е во врем я войны 1939 г. З а 9 л ет на них о б р а зо в ал и сь н ар о сты конкреций, ср ед н яя толщ ина которы х р а в н я л а с ь 1,5 см.
Б ы стры й р о ст конкреций в пресны х водах*пом огает нам понять, почем у
н а океаническом дне конкреции крупны х разм еров л е ж а т на п оверхн ости о сад к о в. И л, погребаю щ и й их в своей толщ е, н асл аи в ае тся зн а ч и тельно м едленнее, чем р асту т конкреции. Судя по концентрическим
сл о я м кон креци и , и зо б р аж ен н о й на рис. 8 , достигаю щ ей 3,5 см в д и а м етр е, в о зр а с т ее рав ен п риб ли зительн о 20 годам . Н а этом оснований
при пром ы ш ленной э к сп л у атац и и зал о ж е н конкреций м ож но п рим ен ить
р азб и вк у п л о щ ад и н а рай он ы еж егодной выборки рудны х стя ж ен и й . Ч е р е з 30— 40 л ет си л ам и б актери й ,, обитаю щ их в донны х о сад к ах , п рои зой д ет восстановлен и е конкреций на обработан ной зоне м орского д н а.
Р о л ь б ак тер и й в о б р азо в ан и и разли чн ы х руд и зу ч ал ась почти с м омента за р о ж д е н и я м и кроби ологи и к а к науки. Б актерй оген н ое о с а ж д е ние ж е л е за и к а р б о н ата к а л ь ц и я б ы л о предметом и сследований Н а д с о на [13], И сачен к о [7, 8], Б уткеви ч а [1], Х олодного [19], В ологд и н а [4],
К алиненко [9, 12], М олиш а .(М оИзЬ) [25], Д р ю (О г е ^ ) [21].
О бщ ую концепцию бйогеохим ической деятельности ж и вы х сущ еств
со зд ал В ер н ад ски й [2,, 3]. П о его мнению, организм ы , об и таю щ и е на
суш е и в ги дросф ере, ак кум ул и рую т разли чн ы е вещ ества и о п р ед ел яю т
их м и гр ац и ю в зем ной коре.
Б актер и о ген н ой ги потезе о ф орм ировании ж ел езо -м ар ган ц о в ы х конкреций м о ж н о п ротивоп остави ть идеи ряд а авторов [24, 22, 15], сч и таю щих, что причиной о б р азо в ан и я конкреций явл яю тся биохим ические и
ди а генетические п ревращ ен и я ж е л е за и м арган ц а. М ы согласн ы с л итологам и [18], считаю щ им и, что соединения ж ел еза и м ар ган ц а п ри н осят терригенны й сток, и расп р ед еляю тся они в поверхностном сл ое осад-:
ков под д ей стви ем гидроди нам и чески х ф акторов. Н о д л я ф о рм и рован и я
стяж ений д о л ж н ы су щ еств о в ать ф акторы , об ладаю щ и е .сп особностью
ак к у м у л и р о в а т ь коллои дн ы е, ам орф н ы е и кри сталли ческие частицы раз*личны х элем ен тов в п рави л ьн ы е тел а .
В ген ези се конкреций идеи противников биогеохимической теории не 1
ясны . Е сли исклю чить концентрирую щ ую , работу б актери й , то не б у д ет
известно, к а к и е причины вы зы ваю т ком пактное геометрически правиль-*
ное построение конкреций, им ею щ их концентрическую слоистость. Б е з 4
участия о р ган и зм ов, об лад аю щ и х, по В ернадском у, ак ку м у л и р у ю щ ей .
способностью , не м ож ет со б р ать ся воедино тело конкреции, и м ею щ ей 1
более вы сокую кон ц ен трац ию разн о о б р азн ы х элем ен тов, чем п о д сти л аю - 5
щ ие о садки. В ерн адски й у к а зы в а л н а скелеты ф орам иниф ер и диато-^
мей к а к на типичны й прим ер аккум улирую щ ей д еятельн ости о р г а - :
низмов, ст р о я щ и х свои оп орны е й защ и тн ы е о б р азо в ан и я из ■элемгн-;
тов, со д ер ж ащ и х ся в ничтож ны х кон ц ен трац иях в о кр у ж аю щ ей морской вод’е.
.
В морских грун тах м и кроорган и зм ы н ах о д я т услови я д л я о б р а з о в а в
ния ж е л е зо -м а р ган ц о в ы х конкреций. М инерализуя биологические о с а д -;
ки, б актер и и о б р азу ю т в и л а х сероводород, углекислоту, ам м и а к и о р - 1
ганические кислоты . Эти вещ ества, м еняя физико-химический реж им^
в м икрозоне б ак тер и ал ь н о й колонии, седиментирую т ж елезо, м а р га н е ц ^
1056
В О. Калиненко и др.
кальц и й и д ругие вещ ества. М икроагглю тинаты ск леи ваю тся об р азу е- •
мой б актер и ям и слизью .
— М икроскопия грунтов И ндийского океан а п оказы вает, что донный
ил сод ерж ит, м нож ество м икроолитов и других стяж ен и й правильной ■
ф орм ы (ри с. 9 ). Н али ч и е окисного ж е л е за в верхнем горизонте морских
о сад к о в в виде свободны х коллоидны х хлопьев, а т а к ж е в со ставе
Рис. 9. Глицериновый препарат грунта Индийского океана под микроскопом. Видны шарообразные рыхлые микроконкреции
М и крохи м и чески е.реак ц и и были п роделаны со всеми грун там и , со-;
бран ны м и на станц и ях, на которы х были найдены ж елезо-м арганцо,вы е:
конкреции. П осле п росасы ван и я 5% НС1 под покровны м стеклом почти,
н а всех п р е п а р а т а х , н аб л ю д ал о сь бурное вы деление пузы рьков СОг,
у к а зы в аю щ ее на больш ое количество карбон атов в грунтах. 4 % -н ы м ;
р аствором ж елтой кровяной соли частицы грунта и зби рательн о окр аш и в ал и сь в сине:зелены й цвет. Особенно яр к ая о к р а ск а н аб л ю д ал ась у .
грунтов со станций 4378, 4902, 4897, 4885, в которы х под. м икроскопом;
б ы ло о б н ар у ж ен о м н ож ество ры хлы х ,и более плотны х м икроконкрец ий ..
Т е ком очки ила, в которы х под микроскопом до м икрохимических проб
н аб л ю д ал и сь плотны е буро-красн ы е частицы окиси ж е л е за , (т а к ж е .прин и м ал и окраску, х ар актер н у ю д ля данной реакции. Эти м.икрокимиче—
сдие пробы п оказы ваю т присутствие в илах рассеянного коллоидного
ж е л е з а , которое стя ги в ается больш ей частью в сф ерические о б р а з о в а ния. Силой, собираю щ ей и склеиваю щ ей коллоидны е хдопья в сф ерические тел а, явл яю тся м икроорганизм ы , что видно из бактериологи чески х,
ан а л и зо в свеж их грунтов, которы е проводились таким об разом : н есколько м и л л и грам м ов ила вносят платиновой петлей в каплю стерильн ой;
воды , н аходящ ую ся в центре чаш ки "Петри. Л егки м встряхиванием грунт*
в. к а п л е р азм ы в ается в суспензию . З а тем из пробирок прямо на каплю ,
в ы л и в аю т о ст/ж ен н ы й до 42° после стерили зац и и 1,5% ага р следую щ его,
•состава: пептон сем и палатин ский — 5,0 г; РеРО* — 0,1 г; КЫОз—0 ,2 5 'г .
а г а р -а г а р — 15,0 г; м орская вода — 1000,0 г. С успензия р асп ределяется;
п о всей чаш ке. Ч астицы грунта зак реп л яю тся агаровы м студнем на р а з ных расстоян и ях од н а от другой. Ч аш ки с этими посевам и ста в я т в тер-,
м остат при тем п ер ату р е 25—27°.
(
.
; :
Формирование железо-марганцовых конкреций
1057
Ч е р е з н есколько суток под бинокулярной лупой или под микроскопом
мы ищ ем б ак тер и ал ь н ы е колонии и оп ределяем их с в я зь с орган и чески ми и м и н еральны м и облом кам и. П од м икроскопом видно, что многие
илисты е частицы , ф и кси рован н ы е п итательны м агар о м , обросли к о л о ниям и б актери й (рис. 10}. И нтересно, что н аи бол ее засел ен ы б а к те р и я ми коллои дн ы е сгустки ж е л е за. Е щ е более в ы р ази тел ьн о этот процесс
н аб л ю д ается вокруг микроконкреций. Н а п я т ы й .д е н ь опыта ореол б а к терий во кр у г м икроконкреций очень сильно у п лотн яется. Б а к т е р и а л ь ные колонии о б р азу ю тся та к ж е в неровностях м и н еральны х облом ков.
Н а п розрачны х кусочках вулканического с те к л а видны плотны е б ак тери ал ьн ы е колонии, в округ которы х н ак а п л и в аетс я мельчайш ий детрит.
Н ер ед ко видно, к а к частицы к в ар ц а ск леи ваю тся коллоидны м ж елезом
с части ц ам и п олевого ш п ата. В прозрачном сл ое а г а р а под м и кроскопом видно, что скелеты ф орам иниф ер и д руги х простейш их ж ивотны х
то ж е о б р аста ю т б актери ям и . Все описанны е м ом енты приводят к одному р езу л ь тату — к гран ули рован и ю илов* к о б р азо в ан и ю м инеральны х
зерен и микроолитов.
У частие б актери й в создании этих стр у к ту р м ож но видеть в сл ед ующ их эксп ери м ен тальн ы х условиях. Если в м орскую воду опустить
предм етны е сте к л а и со зд ать спокойны е проточны е условия, на с т е к л а х ,
через 10— 15 дней м ож но видеть б ак тер и ал ь н ы е колонии, играю щ ие
роль первичны х ф окусов м инеральны х стяж ен и й. Е щ е лучш е ф окуси рую щ ая д еятел ьн о сть видна на чистых кул ьту р ах м орских бактерий. О пы ты этого рода с т а в я т следую щ им об разом : м о р с к ая в о д а стерилизуется
в к о л б а х разн ой ем кости от 100 до 500 м л. В м орской 1 воде несколько
повы ш аем кон ц ен трац ию азота, ф осф ора, у гл ер о д а, чтобы ком пенсировать п и тател ьн ы е ком поненты , поглощ енны е б ак тер и я м и из н есм еняемой в к о л б ах воды. Б ез внесения п итательны х вещ еств в морскую в о ду до стер и л и зац и и б актери и не могут р а зв и в а т ь с я в таком количестве,
чтобы построить в л аб о р ато р н ы х усл ови ях кон креци и . С остав п и та тел ь ной среды следую щ ий: м орская вода — 900 м л ; С а (Ы 0 3) 2— 5 г;
— 5 г;, К 2Н Р О 4— 0,1 г; ам м иачное л и м онн оки слое ж е л е зо — 1 г.
, г? А м м иачн ое ли м онн оки слое ж ел езо растворялось'; в 10.0 лтл м орскон
воды и н ей тр ал и зо в а л о с ь 4 % -ным раствором ед кого н атра. З а т е м от?
д ел ьн о стер и л и зован н ы е растворы питательны х солей в 900 ж л морской
воды*и лим онн оки слого ж е л е за в 100 Мл м орской воды сливали*вместе*
И т о г » опы тов на м орской воде с ж елезом п о к аза л и , что седименти?
р о в ать ж е л е зо м огут' многочисленны е виды б ак тер и й морского, дна*
О дни виды м орских б актери й образую т студен и сты е осадки и ко л л о и д ал ьн ы е б есструктурн ы е пленки. Д руги е б а к те р и и о б р азу ю т гр ан у л и р о ван ную ф о р м у ж ел ези сты х осадков, а им енно зер н а — оолиты. Эти
сф ерически е о б р азо в ан и я , видны невооруж енны м глазом-.. Б актериоренные оолиты л егко об ъед и н яю тся друг с другом в круп н ы е ры хлы е ш ары
или леп еш ки, подобно том у, что мы видели в грун тах И ндийского о к е а |
на, где черны е м ар ган ц о в ы е конкреции склеены из м н ож ества м елких.
Т аки е о б р азо в ан и я на ш л и ф ах п ред ставл яю тся в вид е концентрически
слоисты х конкреций.
.
..
С тр у к ту р о о б р азу ю щ а я деятельность б ак те р и а л ь н о й колонии начинит
ется с п р опи ты вани я ее сам ой ж елезом . З а т е м колон и я со б и р ает на
своей поверхности коллои дн ы е осадки ж е л е з а и ск леи вает их своей,
сли зью в ры хлы е ком ки. Э ксперименты в проточной морской воде Рока-!
зы ваю т, что колонии б актери й в течение 30— 40 дней об разую т сф ериче^
ское или плоское тело, аккум улирую щ ее на се б я м агний, кальций, же-*
лезо и м ар ган ец . Н а рис. 5 и 6 видно, что б ак те р и и кольцом окруж аю т!
м и н еральное, ими созд ан н ое ядро и п рои звод ят концентрическое наслое-,
ние ком понентов, о с а ж д а я из морской воды и и лов карбон аты м арган ца,
и ж е л е з а . Т аки м о б р азо м создаю тся слои, у к а зы в аю щ и е на непреры вную
д еятел ьн о сть б актери й на поверхности ф орм и руем ого ими стяж ен и я.
8 и лах эта ак ку м у л и р у ю щ ая д еятельн ость б ак тер и ал ь н о й колонии уси" О кеанология, № 6
1058
В. О. Калиненко и др.
л и в а е т с я . п ри ли п ан и ем коллои дн ы х ч асти ц пелитовой части красной
глины.
Р о л ь бактерий в ф орм ировании стяж ен и й в эксперим ентальны х
условиях о б н а р у ж и в а ется следую щ им об разом : предметное стекло, ца
котором б актери и с о зд а л и ф окусы стяж ений (рис. 6 ), мы п огруж аем в
Рис. II. Бактериальные колонии, обнаруживающиеся
после декальцинирования НС1 экспериментальных
микроконкреций, изображенных на рис. 5 и 6
сл аб ы й р аствор НС1. П о сл е растворени я к арб он атов и ж е л е за преп арат,
сл егк а промы ты й д и сти лли рован н ой водой, п огруж ается в 0 , 1 % раствор
водного м ети л ви ол ета. Ч е р ез 5 минут п реп арат пром ы ваю т водой и в ы суш иваю т. Н а тех м естах, где были стяж ен и я ж е л е за, м ар ган ц а, к а л ь ция, мы увидим б ак те р и а л ь н у ю колонию, которая явл яется ж ивы м
ф окусирую щ им центром д л я этих стяж ений (рис. 1 1 ).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
И ссл ед ован и я в И ндийском океане п оказали, что в коричневы х, гл и нистых и известковы х ф орам иниф еровы х и лах зар о ж д а ю тся и растут
конкреции м икроскопических разм еров. Н а этой стадии конкреции, и м еющ ие ф орм у ш ари к ов, п овторяю т конф игурацию микробной колонии.
М акроконкреции, к а к п рави л о, имею т сферическую форму, н ап ом и н ающую гигантскую колонию . Ч исло конкреций на отдельны х станциях
И ндийского о к еан а огром но.
Геохим ическая р аб о та бактериальн ы х колонии, сидящ их на о тм ер ших планктонны х о р ган и зм ах и на м инеральны х облом ках,- состоит в
седим ентации ко ллои дн ого ж е л е за , м ар ган ц а и других элементов. Б а к тери и гран ули рую т п олуж и д ки е илы И ндийского океан а и об разую т н а леты на скелетны х о ста тк ах планктонны х и донных ж ивотны х. З е р н а
ила, о б р азо в ан н ы е б ак тер и я м и , склеиваю тся хлопьям и коллоидов и
сли зью б актери й в оолиты и ры хлы е конкреции. Д альн ей ш и й рост ко н креций происходит или путем наруж ного н ар астан и я новых бактеридгенны х седим ентов, .или посредством слияния и цем ентирования мел-
Формирование железо-марганцовых конкреций
1059
ких стяж ен и й . Б ак тер и и концентрическим и к р у га м и о б р аста ю т м елкор азд р о б л ен н ы е м инералы и об разую т таким путем к о л ь ц а отлож ений
ж е л е за , м а р га н ц а и других редких и рад и оакти вн ы х элем ен тов на этих
о б л о м ках .
, 1
В зак л ю ч ен и е мы в ы р а ж ае м глубокую б л а го д а р н о с ть П. Ф. А ндрущ енко и Ю. И. Б ел я ев у за сущ ественную помощ ь в а н а л и зе хим ического со с тав а и структуры конкрепий.
ЛИТЕРАТУРА
К Б у т к е в и ч В. С. 1928. Образование морских железо-марганцовых отложений в
участвующие в нем микроорганизмы, Тр. Моск. н.-и. ин-та, 3, вып. 3.
2. В е р н а д с к и й В. И. 1923. Живое вещество и химия моря, Н. Т. отд. ВСНХ.
3. В е р н а д с к и й В. И. 1927. Очерки геохимии.
4. В о л о г д и н А. Г. 1947. Геологическая деятельность микроорганизмов, Изв. АН
СССР. Сер. геол.^ № 3.
5. Е р е м е е в П. В. 1897. О стяжениях бурого железняка лимонита, Изд. АН СПб.,
7, 19.
*
6. З е р н о в С. А. 1913. К вопросу об изучении жизни Черного моря, Зап. Импер.
АН 32, № 1.
'
7. И с а ч е н к о Б. Л . 1937. Микробиологическая картина грунтов и воды Карскоп»
моря, Тр. Аркт. н.-и. нн-та, 82.
8. И с а ч е н к о Б. Л. 1948. О биогенном образовании карбоната кальция, Микробиология, 17.
■
,
9. К а л и н е н к о В. О. 1946. Роль бактерий в формировании железо-марганцовых
конкреций, Микробиология, 15, № 5.
10. К а л и н е н к о В. О. 1949. Бактерногенное осаждение кальция в море, Тр. Ин-та
океанол., 3.
1П К а л и н е н к о В. О. 1949. Происхождение железо-марганцовых конкреций, Микробиология, 18, вып. 6.
>
12. К а л и н е н к о В. О. 1952. Геохимическая роль бактериальной колонии, Изв. АН
СССР, Сёр. геол., вып. I.
13. Н а д с о н Г. А. 1903. Организмы как геологические деятели (из работ по изучению минералов озер у Славянска).
■
14.' П е р ф и л ь е в Б. В. 1926. Новые данные о роли микроорганизмов в рудообразованин, Изв. геол. комит., 45, № 7.
15. С т р а х о в к и . М. 1948. Об истинной роли бактерий в образовании карбонатных
пород, Изв. АН СССР, Сер. геол., № 3.
*
~
16. С а м о й л о в Я. В., Т и т о в А. Г. 1917--18. Ж елезо-марганцсвые желваки со дна
Черного, Балтийского и Баренцева морей, Тр. Геол. и Минерал, музея Рос. АН.
вып. 2, 3.
17. С к о р н я к о в а Н. С. 1960. Марганцовые конкреции в осадках сев.гвост. части Тихого океана, Докл. АН^СССР, 130, № 3.
18. С к о р н я к о в а Н. С 1961. Океанологические исследования «Витязя» в северной
части Тихого океана по программе международного геофизического года, Тр. Ин-та
океанол., УЬХ.
19. Х о л о д н ы й Н. Г. 1953. Железобактерии, Изд. АН СССР.
20. 0 1 е 1 г К. 5. 1955. Мапдапе5е берозИз оп Ше погШеаз! РасШ с зеа Иоог,. СаПГ, -А
Мшез апб СеоЬ, 51, 3, 209—220.
.
• 21- Р г е ш О. Н. 1914. Оп 1Не ргещрИаИоп оГ са1сГиш сагЬ о п а^ 1п 1Йе зеа Ьу т а п п е
Ьас1ег1а апб оп 1Не асИоп оГ бепЙгЦутд Ьас1ег1а т 1горюа1 апб 1етрега(е зеаз.
Рар. Ггош 1Не РоНидаз 1аЬ. Сагпед1е 1пз1., \УазН., 5, 9—45.
22, Р е г т о г 1» Ь. 1909. ТЬе тап д ап езе оге дерозВз о( 1п<Иа, Меш. Оео1, Зигу. о?
1псНа, 37.
. .
2 3 < Ме п а г < 1 Н. \У., З Ы р е к С. X 1958. ЗигГасе сопсеп1гаИопз о! та п д а п езе по<1и1ез(
На1иге, 182, 1156.
24^ М и г г а . у А, Н е п а г б А. Р. 1891. Беер зеа берозНз, Н. М. 5. СЬаНепдег Зс1епЩ.
Кез., Бопйоп.
.
.
'
.
25. М о 1 1 з Ь Н. 1910. 01е Е1зепЬас(епеп.
'
'
' 26. N о г с ! е п 5 к 1 о ! <1 А. Е. 1880. Уёдаз Гогд к г т д Аз1еп осЬ Еигора, 51оскЬо1пт.
■
'
.
.
П оступн ла'в редакцию
13.111.1962
.
I