ПАЛЕОКЛИМАТОЛОГИЯ

 

 

Аутигенные минералы железа. Двухвалентное и трехвалентное железо. Латериты и краснозёмы

 

В аутогенном минералообразовании железу принадлежит значительная роль, что связано главным образом с его большим содержанием в земной коре. Одним из свойств железа, важным в геохимическом отношении, являются его переменная валентность и сравнительно легкий переход от одной валентности к другой. Основная масса железа заключена в силикатах в двухвалентной форме. В зоне выветривания железо под воздействием воды и углекислота выделяется из силикатов и в виде бикарбоната поступает в раствор. В окислительных условиях двухвалентное железо переходит в трехвалентную форму, которая имеет другой радиус иона и другие химические свойства [Са- уков, 1951].

 

Среди аутогенных соединений железа обе формы широко представлены, но в разных количественных соотношениях, что зависит от окислительно- восстановительного потенциала среды. В природных зонах с преимущественно окислительными условиями (области сухого и переменно влажного климата) преобладает трехвалентное железо, а в зонах, где господствуют восстановительные условия (равномерно влажный климат), ведущая роль переходит к двухвалентному. Таким образом, соотношение трех- и двухвалентного железа в аутогенной части осадка может использоваться в качестве индикатора климатов прошлого. Об этом соотношении можно судить даже по окраскам пород, поскольку обе формы являются распространеннейшими природными пигментами. Трехвалентное железо сообщает осадкам красный цвет, а двухвалентное — зелено-голубой ( 9).

 

Закисное железо легко переходит в раствор и мигрирует в природных водах, богатых органическим веществом и не содержащих свободного кислорода. При окислении этих вод образуются труднорастворимые соединения трехвалентного железа, выпадающие в осадок. Красноцветные отложения, пигментированные гематитом, реже лепидокрокитом и гётитом, формируются преимущественно в условиях тропического переменно влажного климата. Источником красного пигмента обычно служат латеритовые и ферро-сиаллитовые коры выветривания, развивающиеся в условиях влажного тропического климата с короткими засухами. Процессы латеритизации выражаются в полном разложении алюмосиликатов материнской породы, выносе всех ее подвижных компонентов и прежде всего кремнезема, содержание которого при этом уменьшается до 10—2% вместо исходных 45—55%. Вместе с тем содержание нерастворимых полуторных окислов железа и алюминия поднимается до 80—90% вместо 15—20% в коренной породе.

 

 

Латеритовые коры обогащаются также не поддающимися выветриванию минералами — кварцем и некоторыми акцессориями (рутил, циркон, турмалин, гранат), которые при размыве коры формируют псаммитовые осадки моно- миктового и олигомиктового типов. Временные засухи способствуют сильному нагреванию верхних горизонтов коры выветривания, развитию восходящего потока почвенных растворов, коагуляции и осаждению железа в виде труднорастворимых окислов. Поэтому верхняя зона лате- ритовой коры выветривания сложена наиболее окисленными и наиболее стойкими минералами.

 

Ф. Хутен полагает, что железистый пигмент красноцвегов имеет обломочное происхождение и переносится во взвешенном состоянии. Накап- / 2 3 4FeO,% ливается он частично в виде гидрогематита, ко- о; #г            торый в результате последующей дегидратации

переходит в гематит [Houten, 1961]. В красноцветах гематит находится в тонкорассеянном состоянии и в основном сосредоточен в глинах, которые поэтому окрашены темнее, чем песчаники.

 

Как можно судить по новейшим латеритам и красноземам (плиоцен-антропогеновым), благоприятной природной зоной для них являются пограничные области саванны и влажного тропического леса ( 10), имеющие среднегодовую температуру 20—23°С, июльскую 27—28 С, январскую не ниже 15° С и годовую сумму осадков 1200—1300 мм с продолжительностью сухого сезона 2—3 месяца. Если латеритовое выветривание вообще не может развиваться при среднегодовой температуре ниже 16° С и годовых осадках менее 1000 мм, то обычное красноземное выветривание, не связанное с накоплением свободного глинозема, может протекать и в опустыненной саванне с продолжительностью сухого сезона до 6 месяцев и годовой суммой осадков до 500— 400 мм, а также в саванно-степи, где среднегодовая температура может опускаться до 12° С.

 

Красноцветный гематнтовый материал сохраняется только в окислительных условиях; попадая в иную среду, он сразу же восстанавливается, и цвет осадка становится зелено-голубым. Поэтому накопление красноцветов происходит лишь вблизи источников терригенного питания и только в субаэраль- ных обстановках (элювиальные, делювиальные, эоловые, аллювиальные и пляжевые фации), обеспечивающих доступ кислорода. Сохранению соединений трехвалентного железа препятствует также растительность, продукты гниения которой раскисляют эти соединения и тем самым уничтожают красный пигмент.

 

В гумидном климате, близком к равномерно влажному, мобилизация железа происходит в каолиновых корах выветривания. Основной формой его миграции становится перенос в растворенном состоянии и в виде взвесей с мицеллами глинистых минералов. Дистанции переноса от источников питания до места осаждения значительно возрастают. Накопление железа осуществляется преимущественно в морском меАководье, представлено двухвалентной формой в составе железистых хлоритов, глауконита и сидерита. Железистые осадки здесь приобретают зеленую окраску.

 

В соответствии с поведением окислительно-восстановительного потенциала среды железистые минералы в седиментационном бассейне дифференцируются, образуя пояса, последовательно сменяющие друг друга в направлении от берега к открытому морю [Теодорович, 1964].

 

Географические ареалы глауконита в осадках современных морей не выходят за пределы изотермы самого холодного месяца 0° С и годовых температур ниже 12° С, т. е. накопление аутигенного железа в двухвалентной форме также связано с теплым климатом.

 

Показателем зонального типа климата служит и относительный объем аутигенных образований в составе осадочной толщи, прямо зависящий от продолжительности и интенсивности химического выветривания на окружающих водосборах и от содержания органического вещества в поверхностных и грунтовых водах. Максимального развития процессы мобилизации, миграции и аккумуляции аутигенных образований железа достигают в зоне накопления олигомиктовой формации, возникающей в условиях жаркого достаточно влажного климата, обеспечивающего круглогодичное химическое выветривание большой интенсивности. В областях бореального гумидного климата и тропического аридного климата, где осадки становятся мезомиктовыми, масштабы аутигенного минералообразования резко сокращаются, а в климатах умеренном и экстрааридном, допускающих лишь полимиктовое осадконакопление, аутогенное минералообразование почти полностью угасает.

 

Географическое положение и ширина пояса интенсивной экзогенной мобилизации, миграции и аккумуляции железа на территории Евразии в разные отрезки ее истории периодически менялись в зависимости от резких изменений климата. В периоды сильной гумидизации (поздний триас, ранняя и средняя юра, альб, олигоцен) этот пояс расширялся и смещался внутрь материка, а "в периоды аридизации (ранний и средний триас, поздняя юра — неоком, поздний мел — палеоцен) он, наоборот, суживался и отступал к окраинам материка.

 

Соответственно этим периодическим колебаниям климата области преимущественного накопления окисных и закисных соединений железа на Евразиат- ском материке изменяли свои размеры и конфигурацию. В аридные фазы область накопления окисных соединений (область красноцвегного выветривания и осадкообразования) резко увеличивала свои размеры, захватывая преобладающую часть материка (ранний и средний триас, неоком), а в гумидные фазы сокращалась едва не до полного исчезновения (ранняя и средняя юра). В неогене в связи с похолоданием и распространением умеренного климата на Среднюю и Юго-Восточную Европу, Казахстан, Центральную Азию и Северный Китай тропическое (отчасти субтропическое) красноцветное выветривание сменялось бореальным сероцветным, при котором массового выделения железистого пигмента уже не происходило.

 

 

Минералы железа – железняк, гематит, колчедан, купорос

 

Минералы железа железняк, гематит, колчедан, купорос

 

К содержанию: В.М. Синицын «Введение в палеоклиматологию»

 

Смотрите также:

 

Науки о Земле    Древние климаты   Климат в неолите   Палеоокеанология    Оледенение и Жизнь