новый тип минералогических объектов в ильменском заповеднике

НОВЫЙ ТИП МИНЕРАЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ
В ИЛЬМЕНСКОМ ЗАПОВЕДНИКЕ (РОССИЯ)
АНДРЕЙ НИКАНДРОВ1, ЕЛЕНА ЩЕРБАКОВА2, СЕРГЕЙ НИКАНДРОВ1
1
– Ильменский государственный заповедник УрО РАН, Миасс, Россия
2
– Институт минералогии УрО РАН, Миасс, Россия
Резюме. В 2012 г впервые за всю историю изучения Ильменских гор было начато исследование
принципиально новых носителей минерального разнообразия – донных отложений пресноводных озер,
окаймляющих Ильменские горы с восточной стороны. За прошедший период были получены интересные
результаты по геохимии и минералогии железо-марганцевых нодулей и озерных мергелей из донных отложений озер Таткуль и Большое Миассово; определен ряд минералов, ранее не известных не только в
заповеднике, но и на Урале и в России в целом; а также получены первые данные, позволяющие сделать
выводы о наличии в донных осадках новых минералов, в частности, ранее не известных членов группы
фужерита.
Abstract. In 2012, for the first time of study of the Ilmen Mountains, the reseaching of new mineralogical
sites such as bottom sediments of the numerous lakes surrounded the Ilmens was started. For the past time, the
interesting results on geochemistry and mineralogy of ferromanganese nodules and lacustrine marls from the
bottom sediments of the Lakes Tatkul’ and Bol’shoe Miassovo have been received. The local and regional lists
of minerals were added by new species. In addition, there are the data which could a possibility to say that the
bottom sediments contain quite new mineral species, for example unknown members of fougerite group.
ВВЕДЕНИЕ
История изучения Ильменских гор богата различного рода минералогическими
событиями. Это открытие новых минералов, не известных ранее в мире; нахождение
уже известных, но редких минералов, их детальное изучение и т.д. Результаты геологоминералогических исследований в Ильменских горах послужили, в ряде случаев, основой или существенным дополнением при разработке некоторых общих положений в
области минералогии, геохимии, петрологии и других областях, связанных с геологией.
За более чем двухсотлетнюю историю изучения в Ильменских горах к концу 20
столетия открыто около 268 минеральных видов, 16 из которых – новые для мира (Кобяшев и др., 2000). Однако носители всего этого минерального разнообразия имеют
определенные отличия.
Изначально интерес исследователей был связан с пегматитовыми телами, многие из
которых несли обильную акцессорную редкометально-редкоземельную и самоцветную
минерализацию, в том числе – в виде кристаллов, иногда весьма совершенных. Их
можно назвать макрообъектами. Именно на их основе составлялись первые коллекции
и открывались минералы, новые как для Ильмен, так и для мира. В период с 1823 по
1856 год в ильменских коллекциях было установлено около 50 минералов, в том числе
8 новых для мира. В дальнейшем, с развитием науки и техники, с появлением более
совершенных методов и методик исследований, число новых для Ильмен минералов
нарастает: в 1949 году – до 110, а к 1980 году – до 210. Несмотря на это, вплоть до 1979
года в Ильменах не было открыто ни одного минерала, нового для мировой систематики.
По мере совершенствования методов и методик анализа минерального вещества,
ученые стали обращать внимание на более мелкие выделения минералов, которые
ранее игнорировались из-за мизерности выделений, консистенции вещества (корочки
изменения минералов, продукты их разрушения, различного рода микровключения). То
есть, все больше стал исследоваться следующий тип носителей минерального разнообразия – микрообъекты. С их появлением закончился период своеобразного «затишья»
в открытии новых минералов в Ильменах. В 1979 году Б.В. Чесноков среди продуктов
изменения триплита в копи № 232 территории Ильменского заповедника обнаружил и
описал новый минерал, названый ушковитом (утвержден КНМНМ ММА в 1982 году).
7
Позже Б.В. Чесноковым были описаны еще три минерала: свяжинит, матвеевит и
калугинит.
Кроме этого открывались и описывались и другие минералы, как новые для
мира, так и известные в мире, но неизвестные в Ильменах. К настоящему времени (по
состоянию на 2013 год) число минеральных видов, установленных в Ильменах, приближается к 300 (с разновидностями – к 400), из них 18 открыты впервые для мира (8 в 19
столетии, 8 – в 20-м и 2 – в 21-м).
В 2012 г было начато исследование принципиально новых носителей минерального разнообразия – донных отложений пресноводных озер, окаймляющих
Ильменские горы с восточной стороны.
Рис. 1. Схема строения донных отложений пресноводных озер Большой Таткуль и Большое
Миассово: 1 – водная толща, 2 – зона развития ЖМО, 3 – осадки с различным количеством
органического вещества, 4 – зеленовато-голубоватые озерные мергели
Fig.1. Scheme of structure of bottom sediments of freshwater lakes Bol’shoy Tatkul’ and Bol’shoe
Miassovo: 1 – water, 2 – zone of ferromanganese nodule localization, 3 – sediments with various
quantity of organic matter, 4 – greenish-bluish lacustrine marls
ИССЛЕДОВАНИЯ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ
Обобщенная схема строения донных отложений пресноводных озер территории
Ильменского заповедника представлена на рис. 1. На границе вода-дно развиты железомарганцевые образования (ЖМО) – обособления в виде кайм нарастания, корок или
округлых желваков (собственно конкреций). Исследована морфология, валовый химический, минеральный и, в ряде случаев, точечный состав ЖМО, а также особенности
их внутреннего строения (Вализер и др., 2012). Различные морфологические типы
ЖМО представлены на рис. 2.
Минеральный состав определялся с помощью комплекса методов, основанных
на сочетании инфракрасной спектроскопии и рентгеновской дифрактометрии с рентгенофлюоресцентным анализом. В ряде случаев состав уточнялся методами микрозондового анализа. ЖМО являются в основном гидроксидно-карбонатными, преобладают марганецсодержащие минералы. Общее количество минеральных видов, установленных в ЖМО, превышает два десятка; 12 из них найдены в Ильменском заповеднике
впервые (таблица).
8
Рис. 2. Морфология ЖМО: A – корка на видимом субстрате (вид снизу и сверху),
B – кайма на видимом субстрате, C – конкреции без видимого субстрата
Fig 2. Morphology of ferromanganese nodules: A – crust on visible substrate (top and bottom),
B – rim on visible substrate, C – concretions without visible substrate
№ п/п
Таблица: Новые минералы для Ильменского заповедника
Table: New minerals for Ilmensky Reserve
Минерал, формула
Оксиды и гидроксиды
1.
Бёрнессит
(Na,Ca)0.5(Mn4+,Mn3+)2O4×1.5H2O
2.
Бузерит
NaMn14O27×21H2O
3.
Вернадит
(Mn4+,Fe3+,Ca, Na)(O,OH)2×nH2O
4.
Голландит
Ba(Mn4+,Mn2+)8O16
5.
Романешит
(Ba,H2O)2(Mn4+,Mn3+)5O10
6.
Тодорокит
Na1–x(Mn,Mg,Al)6O12×3–4H2O
7.
Ферригидрит 5Fe2O3×9H2O
8.
Фужерит * (группа)
Fe2+6(1-х)Fe3+6xO12H2(7-3x)CO3×3H2O
Карбонаты
9.
Сидерит
FeCO3
10.
Кутногорит
Ca(Mn2+,Mg,Fe2+)(CO3)2
Фосфаты
11.
Вивианит
2+
Fe 3(PO4)2×8H2O
* Минералы группы фужерита: фужерит Fe2+4Fe3+2(OH)12CO3×3H2O;
требёрденит Fe2+2Fe3+4O2(OH)10CO3×3H2O; мёссбауэрит Fe3+6O4(OH)8CO3×3H2O;
На рис. 3 представлено внутреннее строение железо-марганцевой конкреции
диаметром около 2 см из озера Большое Миассово. Ядром конкреции является обломок
горной породы, близкой к гранитам, слагающим берега озера. Основные минералы:
калиевый полевой шпат и плагиоклаз, кварц, отмечены характерные акцессории – циркон и монацит. Краевая часть (новообразованная) имеет концентрически-зональное
строение и сложена смесью железо-марганцевых гидроксидов, среди которых преобла9
дают романешит и голландит, реже встречается тодорокит. Зоны железо-марганцевых
гидроксидов иногда прерываются пятноподобными нарушениями, выполненными
карбонатами (в основном кутногоритом) и, местами, баритом.
Рис. 3. Внутреннее строение ЖМО без видимого субстрата (конкреция), изображения в
отраженных электронах: A – общий вид, B – центральная часть с ядром-субстратом, C –
структура концентрических зон, D – выделение барита. Тип прибора и условия съемки – на
фото
Fig.3. Inner structure of ferromanganese concretion. Image was made in reflected electrons: А – general view, B – central part with core, C – structure of concentric zones, D – barite
Помимо ЖМО, развитых на природных субстратах, аналогичные образования в
виде налетов и тонких корок отмечаются на техногенных предметах, имеющих железоникель-марганцевый состав. В продуктах коррозии этих предметов были обнаружены
фазы, сходные по составу с обширной группой соединений, известных под названием
«Green Rust» (зеленая ржавчина), среди которых, в частности, был диагностирован
фужерит. Эта находка инициировала поиски подобных соединений в нижних
горизонтах донных осадков, по структуре и составу похожих на глеевые почвы леса
Фужери во Франции – type locality фужерита (рис. 4).
10
Рис. 4. Разрезы фужерит-содержащих формаций: A – глеевые почвы Франции, реальный
профиль (Genin, 2013); B – донные отложения озера Большой Таткуль, схема строения: 1 –
водная толща, 2 – сапропель, 3 – ил различного цвета и консистенции, 4 – зеленоватоголубоватые озерные мергели с фужеритом
Fig 4. The sections of fougerite-containing formations: А – gleysoils of France, real column (Genin,
2013); B – bottom sediments of Bol’shoy Tatkul’ Lake, scheme of structure: 1 – water, 2 – sapropel,
3 – silt of various color and consistence, 4 – fougerite-containing bluish-greenish lacustrine marls
Мощность донных отложений непостоянна и даже в различных секторах одного и
того же озера варьирует от 2–3 до 10–20 м. Они характеризуются грубо двухчленным
строением, в общем типичным для пресноводных озер Южного Урала: cверху развиты
сапропели – рыхлые темные осадки с переменным содержанием органической и
неорганической составляющих; нижние горизонты представлены плотными глинистокарбонатными отложениями или так называемыми озерными мергелями.
Озерные мергели из донных отложений озера Большой Таткуль были исследованы
методами мёссбауэровской спектроскопии и рентгеновской дифрактометрии, поскольку именно такое сочетание дает возможность не только обнаружить наличие
представителей минералов группы фужерита, но и диагностировать их с точностью до
минерального вида (Вализер и др., 2013).
По данным рентгеновской дифрактометрии, основными минералами озерных мергелей являются иллит, каолинит, кварц, полевые шпаты, кальцит – типичные для
донных отложений пресноводных озер Урала. Наряду с ключевыми линиями этих
минералов, на дифрактограммах озерных мергелей отмечаются слабые отражения, которые принято относить к характеристическим для членов группы фужерита. Они локализуются в области 7.32-7.37 Å и осложняют конфигурацию каолинитового отражения,
проявляясь на его левой стороне в виде пиков второго рода или плеча. Рентгенограмма
озерных мергелей из оз. Большой Таткуль с характеристическим пиком фужеритов
представлена на (рис. 5).
11
Рис. 5. Дифрактограмма озерных мергелей из озера Большой Таткуль. Условия съемки:
дифрактометр ДРОН-2.0, FeKα излучение, интервал съемки 2θ 10-38 Å. Ca – кальцит, Fs –
полевые шпаты, Il – иллит, K – каолинит, Q – кварц. F – характеристический пик минералов
группы фужерита
Fig 5. X-ray diffraction pattern of lacustrine marls from Bol’shoy Tatkul’ Lake. Diffractometer
DRON-2,0, FeKα, 2θ 10-38 Å. Ca – calcite, Fs – feldspars, Il – illite, K – kaolinite, Q – quartz. F –
characteristic line of fougerite group minerals
Мессбауэровские спектры озерных мергелей в общем однотипны и характеризуются несколькими хорошо разрешенными областями поглощения с различной степенью асимметричности, которые могут быть аппроксимированы четырьмя квадрупольными дублетами: одна пара дублетов может быть отнесена к Fe2+, а другая – к Fe3+
(рис. 6). Во всех пробах преобладает Fe3+: cоотношение Fe3+/Fe2+ изменяется в пределах
0.66–0.77. В соответствии с определенными представлениями, подобные спектры трактуются как суперпозиция спектров эталонной пары требёрденит + мёссбауэрит.
Рис. 6. Мессбауэровский спектр фужерит-содержащих озерных мергелей из озера Большой
Таткуль (объяснения в тексте). Съемка при комнатной температуре относительно
нитропруссида натрия
Fig 6. Moessbauer spectrum of of fougerite-containing lacustrine marls from Bol’shoy Tatkul’ Lake
(explanations in text). Room temperature, Na-nitroprusside
Полученные данные позволили сделать вывод, что озерные мергели содержат как
минимум два минерала группы фужерита – требёрденит и мёссбауэрит.
12
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, в настоящей работе кратко охарактеризован принципиально
новый объект-носитель минерального разнообразия для Ильменского заповедника –
донные отложения пресноводных озер. Открытие нового минералогического объекта в
очередной раз подчеркивает, насколько неисчерпаемы минеральные богатства Ильменских гор, а заповедный режим обеспечивает их сохранность и дальнейшее изучение.
Работа выполнена в рамках междисциплинарного проекта УрО РАН: № 12-М-45-2051.
ЛИТЕРАТУРА
Вализер П.М., Щербакова Е.П., Мороз Т.Н., Никандров А.С., Никандров С.Н. О находках
железо-марганцевых конкреций в пресноводных озерах Ильменского заповедника (Южный Урал) //
Вестник Института геологии Коми НЦ, 2012. № 12. C. 17-19.
Вализер П. М., Щербакова Е. П., Никандрова Н. К., Никандров А. С., Никандров С. Н. О
находках минералов группы фужерита в пресноводных озерах Ильменского заповедника (Южный Урал)
// Вестник ИГ Коми НЦ УрО РАН. 2013. № 5. С. 6-8.
Кобяшев Ю.С., Никандров С.Н., Вализер П.М. Минералы Ильменских гор, 2000 г. Миасс: ИГЗ
УрО РАН, 2000. 119 с.
Genin G-M. R. From fougerite to moessbauerite through treuberdenite; redox reactions in gleysols and role
of bacteria // Mossbauer Effect reference and Data Journal, 2013. V.36. N 6. P. 113-160.
13