ИЗОТОПНО-ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПИРИТА

УДК

Серосодержащие отложения горной выработки в Прибайкалье

Исследованы образцы серосодержащих отложений из заброшенной горной выработки на флогопитовом месторождении Слюдянка в Прибайкалье. Проанализирован минеральный состав вмещающих пород и вторичных отложений. Отложения имеют полиминеральный состав с преобладанием ярозита и серы как вторичных минералов. Проведена оценка микробной активности в отложениях. Выявлены гетеротрофные бактерии, сульфатредукторы, серобактерии и железобактерии. Анализ изотопного состава серы показал гетерогенность изотопного состава(?) образцов, что свидетельствует о неоднократном введении серы в биогенные циклы и последовательном ее «облегчение» (?)

Ключевые слова: вторичное минералообразование, сера, бактерии, Западное Прибайкалье

Введение

Горные выработки представляют интерес как объекты, в которых можно наблюдать образование новых минералов в условиях, по температуре и влажности приближенных к условиям естественных пещер, но отличающихся присутствием иных вмещающих пород. Обычно вторичное минералообразование в пещерах происходит в условиях карбонатных или гипсовых пород, при этом типичными минералами карстовых пещер являются кальцит, арагонит, гипс, гидромагнезит. Из глинистых минералов, которые обычно выделяют как отдельный тип рыхлых пещерных отложений, распространены каолинит, монтмориллонит, минералы группы хлорита. Более широкий спектр вторичных минералов образуется в пещерах, заложенных в карбонатных породах с рудными телами, что отмечено в пещерах на территории бывшего СССР, в том числе п. Кап-Кутан (Мальцев, 1993) и п. Кан-и-Гут (Базарова, 2014; Bazarova, Markova, 2016).

В пещерах, среди вмещающих пород которых встречаются тела сульфидных руд, часто присутствуют продукты переотложения серы – сульфаты и водные сульфаты, распространены в пещере Кан-и-Гут, а находки серы были отмечены в пещере Кап-Кутан. Нужно отметить, что сера – единственный известный представитель класса самородных пещерных минералов. В монографии «Пещерные минералы мира» (Hill, Forti, 1997) описываются проявления вторичной серы в пещерах разных стран, рассматриваются источники сульфатных ионов и механизмы отложения сульфатов. Сера отмечена в составе сталактитов, кор на сводах пещер, пленок, гуров, настенных кристаллов и рыхлых образований.

Широко обсуждаются вопросы спелеогенеза и минералообразования, основанного на воздействии серной кислоты как биогенной так и абиогенной природы в пещерах (Hose et al., 2000). Рассматриваются возможности реализации геохимического цикла серы в пещерной среде и его особенности в зависимости от состава микробиоты, наличия органического вещества и характеристик пещерной среды ( [Morehouse, 1968; Якуч, 1989,; Forti, 1989; Ball & Jones, 1990; Klimchuck, 1994]. Наличие серосодержащих минералов в подземных полостях в совокупности с серобактериями и сульфатредукторами рассматривают как показатель реализации циклов серы, предложена модель морфогенеза карстовых полостей за счет деятельности бактерий геохимического цикла серы (Hill, Forti, 1997).

Следует отметить, что воздействие микроорганизмов на минералообразование, в частности на образование вторичной серы, в подземных полостях изучено меньше, чем воздействие физических и химических факторов. Однако бактериальная трансформация соединений серы и геохимические обстановки, в которых оно происходит неоднократно описаны на качественном уровне в различных регионах мира [Morehouse, 1968; Якуч, 1989,; Forti, 1989; Ball & Jones, 1990; Klimchuck, 1994].

В данной работе рассматривается проявление вторичной серы в заброшенной горной выработке на флогопитовом месторождении Слюдянка в Прибайкалье. Местные жители используют подземные образования, так называемую «синюю глину», в медицинских целях в качестве мазей для лечения ран и экземы, а также принимая внутрь для лечения простуды, болезней внутренних органов (печень, желудочно-кишечный тракт) и суставов, а также для повышения иммунитета. Особые свойства лечебных глин и глинистых отложений обусловлены как их физико-химическими свойствами, в том числе связанными с деятельностью микроорганизмов, так и самими микроорганизмами в составе этих глин (Исследование лечебной голубой глины и лекарственных порошков на ее основе А.А. Симакина, П.Г. Мизина, А.В. Волков Фармация №1 2012, С 36-39). Широко используются в медицине голубые серебросодержащие глины, найденные на Алтае (Курортная медицина №1 2013, Перспективы освоения курортно-рекреационного потенциала Западной Сибири. Левицкий Е.Ф., Джабарова Н.К., Яковенко Э.С., Сидорина Н.Г. 12-16).

Целью данной работы была характеристика серосодержащих отложений и определение их возможного генезиса.

Объект и методы

В географическом отношении рассматриваемая горная выработка, представляющая собой заброшенную шахту, расположена вблизи поселка городского типа Слюдянка, в Слюдянском районе у юго-западной оконечности оз. Байкал (Восточная Сибирь). В структурном отношении данная территория находится в зоне сочленения Саяно-Байкальского складчатого пояса и Шарыжалгайского краевого выступа фундамента Сибирской платформы. Территория Слюдянского района сложена породами Слюдянского метаморфического комплекса верхнего архея – нижнего протерозоя, включающего в себя слюдянскую и хангарульскую серии: мраморами, кальцифирами, роговообманково-биотитовыми гнейсами, кристаллосланцами и кварц-диопсидовыми породами (Васильев и др.).

Горная выработка находится на флогопитовом месторождении, связанном с магнезиальными скарнами и заложена в роговообманково-пироксеновых и биотитовых гнейсах. В выработке отмечены крупные гнезда кальцита, апатита, недовыработанного флогопита. Гнезда кальцита и апатита зачастую представляют собой рыхлую массу разрушившегося в результате выветривания минерала с включениями отдельных кристаллов.

Температура в выработке составляет от -1ºС на глубине 100 м до +4ºС на верхнем горизонте. В местах отбора проб температура составляла +1,5ºС на глубине 70 м и +2ºС на глубине 50 м.

Были отобраны образцы вмещающей породы и глинистых отложений из углублений в стене полости. Судя по расположению, данные глинистые отложения являются продуктами разрушения коренной породы, так называемыми остаточными образованиями (Максимович, 1963).

Кислотность отложений определяли с помощью рН метра «Эксперт-001» по методике (Теория и практика химического анализа почв (под редакцией Л.А. Воробьевой) – М.:ГЕОС, 2006. – 400с.).

Минеральный состав глинистых отложений определялся методом рентгеноструктурного анализа в Центре коллективного пользования «Геодинамика и геохронология» Института земной коры СО РАН в г. Иркутске аналитиками М.Н. Рубцовой и Д.С. Суворовой. Для определения минерального состава образцы отсняты на дифрактометре ДРОН-3.0, излучение – CuKα, Ni – фильтр, V= 25 кВ, I = 20 мА, в диапазоне 5 - 55°(2θ), шаг сканирования – 0,05°. Идентификация фаз выполнена с помощью программы поиска-соответствия фаз согласно международной порошковой базы данных PDF-2 (2007 г). Шлифы вмещающих пород были изучены с помощью поляризационного микроскопа ПОЛАМ Л-213.

Проводили выявление различных групп бактерий при помощи селективных сред. Исследование проводили стандартными микробиологическими методами в соответствии с работой (Нетрусов). С плотных образцов делали соскобы. Инкубирование образцов проводили при температуре +28С, +12С и +4С в течение 14-30 суток.

Использовали среду МПА для выявления гетеротрофов, среду Чапека-Докса для микромицетов, среду Постгейта В для сульфатредуцирующих бактерий, среду Бейеринка для сероокисляющих бактерий, среду Летена для железоокисляющих (железобактерий) бактерий. Среду.. для выделения дрожжей

Наличие сероокисляющих бактерий определяли по появлению белой пленки молекулярной серы на поверхности среды (Бейеринк). Наличие сульфатредуцирующих бактерий по помутнению среды и появлению черной окраски (Постгейт В). Наличие железобактерий по появлению охристых осадков (Летен).

Изотопный состав серы определяли с использованием комплекса оборудования для анализа стабильных изотопов легких элементов «IRMS Delta V advantage», точность анализа составляла 0,2 ‰ CDT. (В качестве стандарта использован троилит метеорита Каньона Дьябло (CDT). (The sulfur standard is the Cañon Diablo Troilite (CDT )

Кристаллики самородной серы для изотопного анализа были выделены под бинокулярным микроскопом по размерным фракциям от … мм до … мм.

Образцы глинистых отложений были разделены на серию мелких образцов, которые анализировались отдельно. С плотных образцов (вмещающая порода) делали соскобы постепенно углубляясь внутрь образца.

Результаты и обсуждение

Вмещающие породы определены как кварц-биотитовый кристаллосланец и флогопит-диопсидовый кристаллосланец с включениями пирита (рН 3-3,2). Кварц-биотитовый кристаллосланец (рН 5,0) сложен кварцем (около 50% от общей площади шлифа), калиевым полевым шпатом и плагиоклазом (20%), биотитом, который развит по контактам кварцевых и полевошпатовых зерен (30%), включениями зерен сульфидов (убрала слово «бесформенных», как-то подозрительно для сульфидов, лучше уж ничего не говорить) размером от 1 мм и больше. Флогопит-диопсидовый кристаллосланец (рН 5,5-6,0) сложен преимущественно флогопитом и диопсидом, присутствует прожилок оксидов железа (около 10% от общей площади шлифа).

В выработке отмечены два типа глинистых отложений. Первый - желтые очень тонкозернистые глинистые отложения, слагающие тонкие прожилки и мелкие высыпки на своде и стенах. Состоит из ярозита и неидентифицированной (слабые дифракционные отражения) глинистой фракции, рН 4,8-5. Второй – глинистые отложения цвета маренго («синие глины» по терминологии местных жителей) влажные, вязкие тонкозернистые, заполняют трещины на стенах в коренных породах и, как правило, приурочены к выходам пиритовых жил. В составе отложений обнаружены: сера, возможно смесь (гамма и эпсилон), пирит и марказит, возможно следы кальцита (рН отложений 2,8-3).

Похожие темные отложения на полу полости состояли из кварца, полевого шпата, гидрослюд и смектита.

В результате микробиологических исследований выявлено развитие серных или тионовых бактерий, как в породе, так и в отложениях полости, что свидетельствует о процессе окисления соединений серы, также отмечено развитие сульфатредуцирующих бактерий. В образцах породы и отложений выявлены ацидофильные железобактерии.

В образцах выявлено наличие гетеротрофных микроорганизмов, в том числе микромицетов и дрожжей. Среди микромицетов преобладал неспорулирующий светлоокрашенный мицелий, выявлены виды родов Aspergillus и Penicillium.

Наличие серных и сульфатредуцирующих бактерий в проанализированных образцах свидетельствует о том, что на данный момент в выработке происходит одновременная деятельность сульфатредуцирующих и сероокисляющих бактерий, то есть осуществляется малый круговорот серы. Цикл может начинаться с сульфидов (пирит) и далее идет по цепи от сероводорода, как продукта жизнедеятельности сульфатредукторов, через серную кислоту, как результат работы сульфатокислителей до различных солей серы.

Присутствующее в пирите железо обеспечивает как жизнедеятельность сульфатредукторов, так и железобактерий. Наличие органического вещества в отложениях, возможно, снижает энергетические затраты бактерий серного цикла и обеспечивает развитие гетеротрофов. Среда для развития анаэробов может быть создана как рыхлой и увлажненной структурой субстрата, препятствующей воздухообмену, так и карбонатными прослойками и слизистыми структурами в бактериальных биопленках.

Отсутствие соединений серы в отложениях на полу выработки можно объяснить следующим образом. Сера на своде полости на воздухе начинает активно изменяться за счет активности микробиоты, в итоге она переходит в водорастворимые соединения. При конденсации влаги на своде полости происходит растворение серосодержащих соединений. В результате изменения влажности воздуха и воздействия воздушных потоков отложения теряют влагу и осыпаются на пол. На полу временные водные потоки вымывают остатки водорастворимых серосодержащих соединений, а также продолжается процесс испарения влаги из отложений вместе с водорастворимыми веществами. Таким образом на полу остается глинистая фракция обогащенная нерастворимыми минералами, а содержание ионов серы значительно снижается.

Отмеченные лечебные свойства глинистых отложений полости обусловлены наличием силикатов с высокими сорбционными свойствами (смектит) и соединениями серы, такими как тиосульфат. Известно, что смектит и тиосульфат проявляют высокие сорбционные свойства, широко используются в медицине, в частности при отравлениях.

вторичные глинистые образования обогащены легким изотопом (-0.71 - -2.75Δ³⁴S ‰) по сравнению с значением 4.86 Δ³⁴S ‰ в пирите из пиритовой жилы.

Известно, что существует три изотопно различных источника ³⁴S: сера мантийного происхождения со значениями Δ³⁴S 0 – 3 ‰, сера морской воды со значением около +20 ‰ и сильно восстановленная (осадочная) сера с отрицательными значениями изотопного отношения (Интерпретация.., 2001).

Отрицательные значения, полученные нами для серы из глинистых отложений, подтверждают ее вторичное осадочное происхождение, но не дают возможности делать выводы о биогенном или абиогенном механизме формирования этих отложений. Как показано в (Интерпретация.., 2001), бактериальное окисление сульфидов в сульфаты не приводит к значительному фракционированию изотопов серы.

Заключение

Образцы отложений весьма гетерогенны. Существующие подходы к изотопному анализу предполагают усреднение образцов методом смешивания нескольких образцов или работу с микроколичествами образца у которого определен минеральный состав. При использовании первого метода можно получить среднее значение, при использовании второго – значение изотопного состава точечной пробы, которая может не отражать всего спектра изменений в изотопном составе, если речь идет о глинистых полиминеральных отложениях. В данном случае большое число повторностей (замеров?) позволило выявить гетерогенность изотопного состава образцов, а следовательно, говорить о том, что происходило неоднократное введение серы в биогенные циклы и последовательное ее «облегчение».

Список литературы

Мальцев В.А. Минералы системы карстовых пещер Кап-Кутан (Юго-Восток Туркменистана) // Мир камня. 1993, №1(2), стр. 3-13

Базарова Е.П. Роценитовая минерализация в пещере-руднике Кан-и-Гут (Кыргызстан) // Пятнадцатые всероссийские научные чтения памяти ильменского минералога В.О. Полякова / Под ред. С.С. Потапова. Миасс: Имин УрО РАН, 2014. С. 71 - 75

Bazarova E.P., Markova Yu.N. New data on secondary minerals of Kan-I-Gut cave mine (Central Asia) // Proceedings of the 8^th International Siberian Early Career GeoScientists Conference. IGM SB RAS, IPPG SB RAS, NSU: Novosibirsk. 2016. P. 137

Hill C., Forti P. Cave minerals of the world. Huntsville, USA, 1997. 463 pp.

Васильев Е.П., Вишняков В.Н., Резницкий Л.З. Геологический очерк Слюдянского района, http://klopotow.narod.ru/mindata/locathn/Irk_obl/sludyanka/ge_slud.html

Максимович Г. А. Основы карстоведения. Т. 1. Пермь, 1963. 445 c.

Интерпретация геохимических данных: Учеб.пособие / Е.В. Скляров и др.; Под ред. Е.В. Склярова. – М.: Интермет Инжиниринг, 2001. – 288 с.

Hose L.D., Palmer A.N., Palmer M.V., Northup D.E., Boston P.J., DuChene H.R. Microbiology and geochemistry in a hydrogen-sulphide-rich karst environment //Chemical Geology. – 2000. – Т. 169. – №. 3. – С. 399-423.

1. Методика разделения различных минеральных фракций в бромоформе, предполагающая отделение легкой фракции (Е.А. Вагина

ИЗОТОПНЫЙ СОСТАВ СЕРЫ СУЛЬФИДОВ РУД ЗОЛОТОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

ЧЕРТОВО КОРЫТО (ПАТОМСКОЕ НАГОРЬЕ) // ВЕСТНИК ТОМСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА № 353 Декабрь 2011 С. 195-198)

2. Выявляется вариабельность изотопии серы в сульфидах

Геологический сборник № 11. Информационные материалы 169-175 З. А. Канипова, С. В. Мичурин, В. М. Горожанин, Т. А. Веливецкая, А. В. Игнатьев

ИЗОТОПНО-ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПИРИТА

Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 42; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!