Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2020, T. 491, № 2, стр. 15-19

Железомарганцевые корки подводных гор и гайотов обогащены элементами платиновой группы (ЭПГ) относительно глубоководных осадков океана [1]. Основным механизмом этого обогащения считается сорбция ЭПГ из морской воды [2]. Было сделано предположение о том, что добавка космической пыли также может повышать концентрацию платиноидов в Fe–Mn-корках [3]. Процессу накопления космогенных частиц способствуют шероховатые поверхности глобулярных корок, действующие как коллекторы для осаждаемого вещества с высоким удельным весом. Космические сферулы фиксируются в микрозападинах поверхности Fe–Mn-корок. Менее плотные частицы осадка в подавляющем большинстве случаев вымываются придонными течениями [3]. Платиновые минералы могут также поступать в Fe–Mn-корки из подстилающих базальтов [4]. Микрозондовые исследования позволяют различать космогенные и вулканогенные сферулы, выделенные из Fe–Mn-образований [5]. Это важно для определения наличия в них платиноидов.

В сообщении представлены результаты исследования Fe–Mn-корки (образец СТ35Д159) с гайота Федорова, драгированной в 1992 г. на нис “Геолог Петр Антропов”. Гайот Федорова (ранее известный как ИОАН, а также МЖ-35) расположен на юго-восточном фланге Магеллановых гор в СЗ Пацифике [6]. Образец весом 200 г, включающий верхний массивный (слой III) и подстилающий пористый (cлой II) общей толщиной 5.5 см был издроблен до 0.5 мм. Во избежание заражения пробы чужеродным магнитным материалом измельчение проводилось вручную с использованием мраморных ступки и пестика. Для удаления глинистой фракции проба была отмучена и затем высушена. Мощным неодимовым магнитом выделена магнитная фракция. С помощью стальной иглы из магнитной фракции было выделено более 250 сферул, размеры которых варьировали от 40 до 200 мкм. Часть выделенных сферул (около 120 штук) были нанесены на электропроводящий скотч и изучены в электронном микроскопе VEGA3 с аналитической приставкой X-MAX80 в ИВиС ДВО РАН, Петропавловск-Камчатский. Изображения наиболее представительных сферул приведены на рис. 1. Большая часть этих сферул состоит из окисленного железа, часто с примесью никеля и силикатов. Несколько шариков отвечают по составу Fe–Mn-образованиям. Попадание их в магнитную фракцию вызвано тем, что под Fe–Mn-оболочкой, видимо, находится магнитное ядро сферулы. На некоторых железных шариках наблюдались остатки такой оболочки.

Рис 1.

Формы микрометеоритов и структуры их поверхности. а–г – железные микрометеориты (а, б – с гладкой поверхностью, в – с плитчатой поверхностью, г – двухслойная сферула); д–з – железосиликатные микрометеориты (д – с решетчатой структурой, е – с дендритовой структурой, ж – с полостью от железной фазы, з – каплевидной формы, и – фрагмент поверхности сферулы с дендритами магнетита в силикатном матриксе).

Остальные сферулы (130 шт.) были залиты эпоксидной смолой, отполированы с помощью алмазной пасты и также изучены под электронным микроскопом. Исследование полированных сферул показало наличие нескольких разновидностей, отличающихся по составу и внутренней структуре (рис. 2). Часть сферул имеет структуры, связанные с быстрым остыванием перегретого расплава – дендритовую (рис. 2в, г), решетчатую (рис. 2б), микроспинифекс (рис. 2а). Они состоят из окислов железа и силикатной матрицы в разных соотношениях. Иногда внешним слоем железосиликатной сферулы является Fe–Mn-оболочка (рис. 2е). Другая часть сферул состоит из окислов железа – вюстита и магнетита с массивной (рис. 2з, и) или гранулярной (рис. 2м) структурой; иногда сферулы имеют зональное строение с различным составом или структурой зон (рис. 2з, и, л); некоторые сферулы покрыты Fe–Mn-оболочкой (рис. 2з, и). В зональных сферулах иногда наблюдается ядро из сплава железа и никеля с примесью кобальта (рис. 2и–л). Содержание никеля в этом сплаве варьирует от 7.5 до 53 весовых %, а кобальта – достигает 3.7%. В сферулах, состоящих из окислов железа, также фиксируется примесь никеля и кобальта – до 9% и до 1.1%, соответственно; причем в вюстите FeO примесь никеля и кобальта обычно выше, чем в магнетите FeFe₂O₄.

Рис. 2.

Структуры микрометеоритов в полированных срезах. а–е – железосиликатные сферулы (структуры: а – микроспинифекс, б – решетчатая, в – дендритовая, г – решечатая+дендритовая; д – микрометеорит с треугольным сечением, е – в Fe–Mn-оболочке); ж–з – сферулы из окислов железа (ж – с решетчатой структурой, з – двухслойная с Fe–Mn-оболочкой); и–л – сферулы с железоникелевым ядром, окруженным окислами железа; м – фрагмент магнетит-вюститовой сферулы с гранулярной структурой с микровключениями родистой платины. Mt – магнетит, Wu – вюстит, FeNi – железоникелевый сплав, Pt – включения родистой платины. Изображения (рис. 1 и 2) получены методом электронной сканирующей микроскопии с обратным рассеянием электронов.

Задачами нашего исследования было удостовериться в том, что выделенные сферулы являются именно микрометеоритами, а также попытаться найти в них платиноиды. За космогенный материал можно принять сферулы другого происхождения – вулканогенного или техногенного. Техногенные шарики могут попасть в Fe–Mn-корки только при ненадлежащей пробоподготовке. Поэтому тщательно соблюдалась стерильность пробы. Наличие Fe–Mn-оболочек у некоторых из выделенных сферул также доказывает их природное происхождение. От вулканогенного железа микрометеориты отличаются примесью никеля. При нагревании и окислении железных микрометеоритов в верхних слоях атмосферы происходит обогащение никелем и кобальтом металлического шарика, окруженного расплавленным оксидом железа, обедненным более тугоплавкими металлами [7]. В процессе выветривания железных микрометеоритов происходит вынос никеля с поверхностной оболочки, и в этом случае их трудно отличить от вулканогенных магнетитовых шариков [8]. Однако изучение химического состава внутренней части сферул позволяет определить их генезис.

Значительная примесь никеля и кобальта в исследованных нами сферулах позволила идентифицировать их как космогенный материал. Металлическое ядро в них отвечает составу тэнита – никелистого метеоритного железа. Структуры поверхности изученных сферул, такие как: дендриты магнетита в силикатном стекле (рис. 1е, и), параллельные полосы на силикатных шариках (рис. 1ж, з), следы ликвации на силикатный и железоникелевый расплав (иногда – полость от выпавшего железного шарика – рис. 1ж) возникли при плавлении во время вхождения частиц космической пыли в атмосферу и быстром остывании в атмосфере после торможения [9].

В одной из сферул, состоящей из глобул магнетита в вюститовом матриксе, обнаружены микровыделения родистой платины размером менее 0.5 мкм. Максимальное содержание Pt и Rh в анализах – 14.8 и 1.36 вес. % соответственно. Микровыделения благородных металлов наблюдаются преимущественно в магнетитовой фазе и единичные – в вюститовой (рис. 2м). Сходные выделения платиноидов были описаны в микрометеоритах, выделенных из глубоководных осадков Индийского океана [10]. Полученные нами анализы платиносодержащих фаз включают другие элементы (кроме Pt и Rh) – кислород, железо и никель. Однако некоторые факты позволяют сделать вывод, что эти элементы захвачены в анализ из вмещающих фаз. Было получено 13 анализов с Pt и Rh и несколько анализов вмещающих фаз (вюстит и магнетит, оба минерала с примесью никеля). Это позволило применить статистические методы и вычесть вмещающую фазу. О том, что микропроявления являются именно самородной фазой (родистой платиной) свидетельствует четкая корреляция Pt и Rh (коэффициент корреляции 0.98) и обратная корреляция Pt и Fe (–0.4), а также примерное соответствие отношения Fe/O в анализах вмещающей фазе (соответственно магнетиту или вюститу). Полученные данные не дают однозначных доказательств, но все-таки говорят в пользу определения именно самородной фазы PtRh (с отношением Pt/Rh около 10).

В Fe–Mn-корках подводных гор Уэйк-Неккер и Магеллановых акцессорные минералы платиновой группы обнаружены в виде твердых растворов Fe, Pt, Pd, Rh, а также в виде сульфидов, станнатов, селенидов, силицидов и примесей к природной бронзе [4]. Источником этих минералов М.П. Торохов и М.Е. Мельников считают базальты субстрата, основываясь на сходстве минерального состава тяжелой фракции Fe–Mn-корок и базальтов. Также с подстилающими базальтами связывают находки платиновых минералов в Fe–Mn-корках поднятия Мидпасифик [11], хотя в числе выделенных акцессориев описаны и космогенные микросферулы. Следует отметить, что содержание ЭПГ в океанических базальтах на 2–3 порядка меньше, чем в каменных метеоритах, и на 3–4 порядка меньше, чем в железных метеоритах, а также в никель-железной фазе метеоритов [12]. Таким образом, определенная часть платиновых минералов Fe–Mn-корок с гайотов Тихого океана имеет метеоритное происхождение. Результаты нашего исследования показывают, что платиноиды в корках могут находиться в виде микровключений самородной фазы в космогенных сферулах. Наша находка не опровергает выводов предшественников о том, что основным механизмом накопления платины в Fe–Mn-корках является сорбция из морской воды.