Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме. Том 2 - Киршвинк Дж.
ISBN 5-03-001275-3
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 35.8. Диаграммы полей устойчивости минералов для образцов Ил-Марша. С точки зрения термодинамики пирит и гётит являются стабильными фазами, но они не включены в диаграмму А, таким образом появились ме-тастабильные грейгит и магнетит (Berner, 1967, 1971; Gar-rels, Christ, 1965, Langmuir, 1969).
Таблица 35.3. Концентрации (в млн ') элементов в осадках Ил-Марша, использованные для построения диаграммы полей устойчивости
Са
Mg
Na
К
Eh = -0,135 pH < 6,65
88 С1 3940
279 so4 529
2170 СОзобщ 57%
92 H2S 9,8%
Р?„бщ > 0,247%
Примечание. Кроме концентрации Fe и значения pH, все остальные величины заимствованы из работы Эмери (Emery, 1969). Две величины были измерены нами для этой работы. Процедура построения диаграммы полей устойчивости описана в Приложении.
нечувствительности границ полей устойчивости к небольшим изменениям концентраций, мы надеемся, что эти диаграммы достаточно
корректны для образцов из Ил-Марша. Присутствие запаха H2S в образцах с нашей станции отбора позволяет предположить, что значение Eh, полученное Эмери, пригодно в качестве приближения и для образцов из Ил-Марша; в любом случае значение Eh в осадках должно убывать с глубиной (Emery, 1969).
На рис. 35.8, А показаны поля устойчивости для грейгита и магнетита. Если мы полагаем, что в Ил-Марше pH равен 6,65 (настоящее исследование), a Eh на границе раздела осадок-вода приблизительно равен — 0,135 и с глубиной убывает, то грейгит более стабилен, чем магнетит. Поскольку Eh с глубиной уменьшается, маловероятно, что при погребении условия становятся более благоприятными для сохранения магнетита. Скорее всего оставшийся магнетит должен исчезнуть, а сульфидом, который вместо него должен образоваться, будет грейгит.
На рис. 35.8, ^4 не приведены поля устойчивости пирита и гётита. При включении этих минералов в расчеты поля устойчивости грейгита и магнетита исчезают (рис. 35.8, Б). Это непосредственно следует из величины и знака свободной энергии для реакций перехода грейгита в пирит и магнетита в гётит. С точки зрения термодинамики пирит и гётит в условиях Ил-Марша являются устойчивыми фазами. Бернер (Berner,
1964) в своих экспериментах установил, что грейгит с течением времени превращается в пирит или пирротин, и пришел к выводу, что грейгит не должен сохраняться в древних осадках. Если это верно, то грейгит может существовать в образцах Ил-Марша только в метастабильном состоянии и со временем исчезает. Сохранение магнетита в этих условиях также маловероятно. В восстановительных условиях он будет растворяться, а содержащееся в нем железо переотложится в виде сульфида. В менее восстановительных условиях он должен перейти в гётит. Графически это показано на рис. 35.8, Б, где поле устойчивости магнетита в условиях Ил-Марша ограничено значениями pH 8 и Eh< -0,210.
В условиях, сходных с условиями в болоте Ил-Марш, когда магнетит переходит в грейгит, и первичная DRM, образованная во время осаждения частиц бактериального магнетита, и CRM, приобретенная при переходе его в грейгит, при захоронении должны исчезнуть. В разрезах пород литифицированные эквиваленты осадков типа Ил-Марша, первоначально, возможно, содержавшие биогенный магнетит, будут представлены немагнитными обогащенными сульфидами торфами. Только в том случае, если трансформация грейгита была остановлена, что, очевидно, имело место в Черном море (Berner, 1974), или если совместно с пиритом образовывался пирротин, может сохраняться какая-то намагниченность. Ни в каком другом случае остаточной намагниченности бактериального происхождения быть не может.
Итак, в соответствии с полученными нами результатами вслед за отложением бактериального магнетита в Ил-Марше должны были последовать растворение магнетита и неорганическое осаждение грейгита. Грейгит, видимо, должен был выпадать в форме очень тонких
кристаллов (Berner, 1964) почти микронного размера. Именно эти кристаллы обусловливали уширение рентгеновских пиков согласно данным Сканера и др. (Skinner et al., 1964). Таким образом, идентификация тонких кристаллов грейгита в образцах из Ил-Марша полностью согласуется с неорганической моделью его образования.
Интересно рассмотреть предполагаемую в работе Фрика и Тэйта (Freke, Tate, 1961) возможность бактериального посредничества в обра^ зовании грейгита. Эти авторы сообщают об осаждении сильно магнит-t ного тонкозернистого сульфида железа в анаэробной среде, обога-* щенной бактериальной культурой Desulfovibrio. Бернер (Berner, 1974) описывает цикл превращения серы при участии бактерий, который, по-видимому, определяет формирование и осаждение грейгита в плейстоцене в Черном море. Скорость и продолжительность этого цикла регулируется бактериями в ходе реакций (1) и (3):
SOr~>H2S, (1)
H2S + обломки минералов железа -> грейгит, маккинавит, (2) H2S -> S°, (3)
S° + сульфиды железа -* пирит, пирротин. (4)
