О К Е А Н О Л О Г И Я т. II 1 9 62 в ы п. в О^Й-МоСоб/у-А Ч-сТЛА (\'Л П Ш Л 1 - |У(к®1й.Я«лЯ1Ь В О. КАЛИНЕНКО, О. В. БЕЛОКОПЫТОВА; Г. Г. НИКОЛАЕВА Б А К Т Е Р И О Г Е Н Н О Е Ф О РМ И РО В АН И Е Ж ЕЛЕЗО -М АРГАН Ц О ВЫ Х К О Н К Р Е Ц И Й В ИНДИЙСКОМ ОКЕАНЕ “ ‘ ' * Институт океанологии А И СССР ВВЕДЕНИЕ 7 , • Б последние годы ж ел езо -м ар ган ц о в ы е конкреции привлекаю т вним ание к а к источник редких элементов. И нститут морских ресурсов К а л и ф орни й ского университета предлож ил проект, по котором у вся потреб н ость ам ери кан ской м етал л урги и в стратегически ценных м етал л а^ м о ж ет бы ть у д овл етворен а их вы плавкой из ж ел езо-м арган ц овы х ко н креций, п одним аем ы х со д н а откры ты х районов океан а. В этом проекте подсчи тан о, что 1 г конкреций, полученная методом гидравлического .д р а ги р о в а н и я , б у д ет стоить от 3 до 5 д о л л ар о в. В конкрециях содерж и т с я до 48% м а р га н ц а , 1 % ко б ал ьта, 1,4% н икеля, 1 ,8 % меди и р яд д руги х ред ки х и р ад и о ак ти в н ы х 1 элементов. В первы е о морских кон креци ях упом инается после экспедиций на ' « Ч ел лен д ж ере» в 1873— 1876 гг. [24] и на «Веге» в 1878— 1880 гг. в Б а рен ц ев о и К арск ое м оря [26]. Н орД енш ельд [26] писал, что конкреции в К а р с к о м и Б арен ц евом м орях находятся в количестве, пригодном д ля ■выплавки чугуна й ж е л е за,-н о отсутствие близких источников у гл я преп ятствует их м етал л урги ч еском у использованию .-Ж ел езо -м ар ган ц о в ы е конкреции были об н аруж ен ы и в д руги х м орях наш ей стран ы , а именно — в Б елом (экспедиция М орского научного института, 1921), Ч ерном [6], Б алтийском [5]; С ам ойловы м и Титовым 116] и сследован ы конкреции со д н а Черного, Б ал ти й ского и Б ар ен ц ев а морей. В Ч ерном м оре конкреции образую тся главны м о б разом на р а кови н ках Мобю1а и имею т лепеш ковидную форму. В Б алти й ском море ■они по внеш нем у виду нап ом и наю т озерную «копеечную » руду. С отрудники С криппсовского океан ограф и ческого института [20, '23] о б н а р у ж и л и больш ое количестве ж елезо-м арган ц овы х конкреций и корок, п р ед став л яв ш и х собой см есь окиси и гидроокиси м ар ган ц а и ж е л е з а с прим есью других элем ентов, на подводны х возвы ш енностях в глубоководн ой северо-восточной и ю го-западной ч астях Тихого океан а. Во врем я экспедиций на «В итязе» ж еле 130-м арган ц овы е конкреции н ай дены в больш ом количестве на красны х глинах в центральной части северо-восточной котловины Тихого океан а на глубине 5000—6000 м и в р ай о н е, располож енн ом к востоку от Г авай ск и х островов (25° и Ж с. ш .) [17, 18]. . КОНКРЕЦИИ ИНДИЙСКОГО ОКЕАНА В И ндийском океан е (33-й р'ейс э/с «В итязь») ж елезо-м арган ц о вы е кон креци и бы ли собран ы на нескольких станц и ях (табл . 1 , рис. 1 ), г л у б ин ы которы х превы ш али 4000 м. Н а ст. 4890 конкреции были об наруж ены и на меньш их глуби н ах. Почти на всех стан ц и ях конкреции встреч а л и с ь на коричневы х глинисты х и известковы х ф орам иниф еровы х илах. У '1051 Формирование железо-марганцовых конкреций У Таблица! Характеристика станций, на которых были обнаружены железо-марганцовые конкреции в Индийском океане № ст. ГлуХ арактерибина, стика грунта .м ^848 4753 1 4878 4676 Красная глина Коричневый известковый форамнниферовый ил Орудие сборов Дночерпатель «Океан-50» То же Количество конкреций 1 Овально-бугристая; поверхность гладкая; ядро плотное, черного цвета л 3 ,0 Многодольчатые, 82,3% по- От 2 ,0 — до сфериче8 ,0 большинство бугристые, верхности дночерпателя крупных. Сред- ские,овальные, плотные занято кон- ний размер 4 ,0 —с гладкой поверхностью; ядро плотное крециями (рис. 3) ДночерМного натель крупных «Океан-50» 5959 Т рал Сиг- Много Коричневый извест- сби—Горбуковый' фора- нова ми ниферовый ил Красная глина 4(337 4244 '4902* 5187 Форма, цвет конкреций Трал Сиг- Много мел- От 2 ,0 д о 3 ,0 Многодольчатые, с несколько круп- ржавым налетом, хрупсби—Горбу- ких ных^ размером кие, легко распадаюнова : щиеся. В .3 экземпля4 ,0 —7 ,0 рах включения —зубы акул 4885 4382 4830 3603 {уо'у-.ги ■Д иам етр, ск " Красная глина до 6 ,0 Средний мер—2 ,0 : Лепешковидные, сферические; поверхность шероховатая, потемно-коричраз- ристая, невого цвета; ядро плотное Дночерпатель «Океан-50» Среднее количество Большинство Овальные, поверхмелких 0 ,5 —1 ,0 ность1 черного цвета; Средний размер ядро плотнее; на изло1 ,5 —2 ,0 ; 1 эк- ме конкреции видна слоистость земпляр —5,5 4 Тб же Много V м елких■ ■От 0 ,У д о 2,0 Сферические, сильно поверхНесколько, эк- бугристые; шероховатая, земпляров, до 5 ность черно-коричневого цвета; ядро плотное * Образцы конкреций с пяти станций (ст. 4793, 4892, 4898, 4900. 5005), встреченные в единичных экземплярах в прямоточной трубке, находятся в коллекции геологического о тд ела. . И з т а б л . 1 видно, что ф орм а конкреций б ы л а р азн о о б р азн о й . Н а р я д у с п р ав и л ь н о сферическими, встречали сь бугристы е, м ногодольчаты е .кон- .... креции, со ставл ен н ы е к а к бы путем сл и ян и я н ескольки х ш арови дны х о тдел ьн о стей (рис. 2 ). Р е ж е п оп ад ал и сь плоские, л еп еш кови д н ы е к о н к р еции. Р а зм е р ы конкреций И ндийского о к е а н а ш ироко в ар ьи р у ю т в д и а м етр е от н ескольки х м и ллим етров д о 8 еле. • П р и м ехан ическом ан ал и зе донны х и лов бы ли о б н ар у ж ен ы к о н к р еции в вид е м ельчайш их сф ерических тел. А н ал и з п роизвод или след ую щ им о б р азо м : весь ил, проходящ ий ск возь сито ОД м м , р азд е л я л и водой н а к р у п н о -ал ев р и то в у ю '(О Д —0,05 м м ) и м ел к о-ал еври товую (0,05— •0,01 м м ) ф р ак ц и и . Ф ракцию меньш е 0,01 м м или п елитовую не соб и рали . В есь о стато к на сите со ставл ял ф рак ц и ю больш е ОД мм , В и ле после р азд ел е н и я его на ф ракци и мы н аходили м икроскопические конкреции, 1052 В. О. Калиненко и ар. по своей ф орм е соверш енно сходны е с крупными конкрециям и (рис. 4 ). Д и ам етр ы м икроскопических конкреций равны д олям м иллим етра. Э тот ф ак т очень в аж е н с точки зрен и я генезиса конкреций. М икроскопические конкреции, н аход и м ы е в и лах, возм ож но, п ред ставл яю т собой Е сли расп о л о ж и ть конкреции, собранны е на одной станции, начиная от м икроскопических до крупны х форм, то получится р яд от шариковс ди ам етром в д есяты е доли м иллиметра' до бугристых конкреций д и а м етром в н есколько сан ти м етров. К онкреции разли чаю тся м е ж д у 'со б о й не тол ьк о р азм ер ам и , но, что более в аж н о отметить, строением и п лотностью своего тел а. Н а р я д у с конкрециям и с блестящ ей тем н о-м арган цовой поверхностью и плотной м ассой, мы находим губ чато-н озд реваты е, ш ероховаты е и л егк о расп адаю щ и еся. П од лупой видно, что они состоят из м н ож ества м елки х конкреций, объединенны х в ш а р о о б р а зный ком плекс. V • ' ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ КОНКРЕЦИЙ И ГРУНТОВ ИНДИЙСКОГО ОКЕАНА П ри сп ектрал ьн ом а н а л и зе конкреций и грунтов И ндийского о к е а н а в них бы ло о б н ар у ж ен о около 30 элементов. И з таб л. 2 видно, что н а бор элем ентов, входящ и х в состав конкреций, больш е, чем в грунтах. Т ак и е элем ен ты , к а к м олибден, ниобий, олово, тал л и й и другие, отсутс тв у ю т, в грунтах и об н ар у ж ен ы в конкрециях. В конкрециях зн ач и тел ь н о увел и чи вается со д ер ж ан и е ж е л е за , м арган ц а, ко б ал ьта, никеля, свинц а, в ан ад и я , циркония. И з анали ти чески х данны х м ож но сд ел ать вывод, что конкреции явл яю тся ак к у м у л ято р ам и не только ж е л е за и м арганца* !но и рл да редких элем ен тов, таки х, к а к молибден, талли й, ниобий, в а надий, никель, к о б ал ьт, цирконий. тщттт 'Щ тт Таблица 2 Химич е скийсо ставглубоководнойглиныик онкр еций Индий ск о го рк еакб(впроц ентах ) Э л ем е н ты 1 1 4 8 7 8 С танции ос к о н к р е ц и и гр^т к о н к р еции -г р у н т . Ч / /С " ^. 0 ,002 0 ,001 0 ,001 0 ,01 — 0 ,02 /0 0 ,0007 0 ,01 У ,0005 —; ' 0 ,002 0 ,001 0 ,003 — — 0 ,02/ 0 ,01/ 0 ,02 ^ 0 ,01— 0 ,02 0 ,04/ 0 ,01 0 ,2 У 0 ,005 0 ,01 : 0 ,1 У . 0 ,002 0 ,04/ 0 ,003 0 ,04 У '— 0 ,005 ' 0 0 ,01 ,01 ,005 0 ,03 0 ,03 0 ,05-0 ,07 0 0 ,2 —0 ,3 О сно в а 0 ,2 — 0 ,3 О снов а 1-2 5 .» 1 2’ 2 «У 2 У в V . —;■ 0 ,02 ✓ 0 ,005 ,’; 0 ,01 > ‘ 0 ,2 0 ,05—0 ,07 0 ,05 -4 ) ,07 0 ,1 . 0 ,05 0 ,05 0 ,05 0 ,1 " 0 ,1-0 ,2 0 ,2 0 ,1 о*1 ' .' ■■■ ■ б . ■ 7 2 -У О сно в а 2 / 1-2 2 3-5 2 . 3 1 '1 1 . ■ .. ,005 — 0 ,01 — '■ : г - 0 —■ ' ■ > " ' ^: — 0 .001 ,ро! * 0 ,02—0 ,03 о 0 ,0005 0 ,02 6 ^007 —' ■; — 0 ,001 ,001 — г ■0 Сл еды ^ Сл е ды 4& б 01+ . г р у н т 0 ,0001' 0 ,002 0 ,001 — 0 .02 0 ,004 0 ,003 0 ,003 0 ,005 1 2. . . . . 3 — 0 ,1 0 ,1 ; о ,1-о, О сно в а 3 3 — . — 0 ,0003 — к о н к р е ц и и 4Ш ) г р у н т 0 ,002 .— 0 ,01 У — — 0 ,01— 0 ,02 / 0 ,03 > 0 ,005, —■ 0 ,3 V 0 ,05 У —. . —. 0 ,01 0 ,03 0 ,002 О сно в а 0 ,3 » 1" 1 2 У — 0 ,03 — " 0 ,2 0 ,03 0 ,2 , 0 ,05 0 ,2 0 ,1 'Основа 2У О сно в а 2 2 1 . 1 — 0 ,005 —. 0 ,0005 — — — 0 ,01 ‘ —■ 0 ,001 Сл е ды 4 Ь 9 7 1 < о н к р е ц н и] 0 ,002 0 ,01 У •— 0 ,01У 0 ,03у 0 ,1 ' 0 ,05У 0 ,01 0 ,05 О ско з а » 2■ > 0 ,02у 0 ,5 0 ,05 0 ,Г 2 У . 1-2 0 ,7 0 ,005 ' 0 ,0005 — 0 ,01 0 ,001 Сл е ды к о н к р е ц и и г р у н т ■—■ 0 ,002 0 ,002 0 ,0005 0 ,0007 0 ,01 у 0 ,001 -0 ,002 0 ,002. 0 ,001 ■— —~ ■ 0 ,02 У ,05 У 0 ,01—0 ,02 0 ,01 -0 ,02 0 0 ,2-0 ,ЗУ 0 ,007 , 0 ,01 0 ,005 0 ,05 ✓ 0 ,008 — ,005* '0 ,01 ', 0 0 ,03 0 ,007 0 ,005 О сно в а 0 ,5 0 ,5-0 ,7 1-2 » 2 6 3У 2 _ — 0 , 2 0 , 3 0*1 , 0 ,05 0 ,007 0 ,1 0 ,1 0 ,1 —0 ,2 0 ,1 О сно в а 2 3 ■— — 0 ,0003 — — ” ,, ■I ЙЯ пШМ й т - 4 9 0 2 г р у н т ч тН О ! т о о В е РЬ С а М о Си N 1 Со 2 г V Мп Н е .А 1 2п Т 1 5 г В а ^ 5Г " .С а ме Ы а . Т 1 ■В 1 С г М Ь 5п ТЬ т>5 4 6 4 8( « И 1Ш^ГГ "Т 3 у 2 '1 0 ,005 0 ,0005 0 ,0005 0 ,01 0 ,001 Сл е ды 6 2 4 0 ,005 „ 0 ,001 — — —1 к о н к р е ц и и 0 ,001 ; 0 ,01 у 0 ,001— 0 ,002 : 0 ,03 / 0 ,05— 0 .07 У 0 ,5 —0 ,7 У 0 ,03 У 0 ,01 0 ,02 О сно в а > 2 У 0 ,3 у 0 ,2 0 ,05 0 .1 2У 2 1 0 ,005* 0 ,0005 — 0 .03 0 ,001 Сл е ды 1054 В. О. Калиненко и др. С ущ ественную п од д ерж ку биогенной точке зрен и я на форм ирование конкреций о к а зы в ае т сп ек трал ьн ы й а н ал и з микроконкреций, диаметромв среднем около 30 р, най денн ы х при п ром ы вке илов со ,стан ц и и 4902 (рис. 4 ). О к р аска и ф орм а этих микроскопических об разован и й совершенно один акова с окраской и формой типичны х крупных конкреций на этой станции. О к р у гл а я ф орм а м йкроконкр’еций легко объясняется тем, что б актери ал ьн ая колони я, их ф о р м и р у ю щ ая, ка к . правило, имеет сф ерическую ф орм у и что н асл оен и е б актер и альн ы х осадков происходит 'ПО поверхности м и н ерал ьн ого я д р а , сф орм ирован н ого бактериям и , (рис. 5 и 6 ). Г ен ети ческая с в я зь крупны х и м елких конкреций п одтверж д а е т с я их химическим ан ал и зо м , которы й п о к аза л , что так и е элементы ; . к а к кремний, алю миний, ж е л е зо , м ар ган ец , натрий, к а л ь ц и й ,.м а гн и и , в больш ом количестве ■п рисутствую т в м икроконкрецйях. К ром е этих элем ентов, об наруж ен ы следы в ан ад и я , к о б ал ь та, хром а, б ери лл и я, цинк а , Читана, б ар и я и меди. Н а основании сходства вещ ественного состава конкреций всех р азм ер о в мы счи таем , что микроконкреции п редставляю т соб ой н ачальн ую стади ю о б р азо в ан и я конкреций. В процессе микробиологического о сад к о о б р азо ван и я, п роисходящ его н а поверхности м икроконкреции, ее разм ер ы увели чи ваю тся. ра д и о а к т и в н о с т ь м о рс к и х ОСАДКОВ ■; В виду того, что в состав конкреций входит р я д редких и рассеянны х элем ентов, интересно б ы ло вы яснить1, о б л а д а ю т ли конкреции и грунты , на которы х они бы ли о б н ар у ж ен ы , ради оакти вностью . Если бы удалось П оказать, что стяж ен и я, н азы ваем ы е ж елезо-м арган ц овы м и конкреция- ................ ми, об л ад аю т повышенной Т а б л и ц а . 3 }■ радиоактивностью , мы п олучили бы дополнительны й а р Радиоактивность грунтов и конкреций гум ент в пользу участия б а к Индийского океана тери й в их образован ии , поКоличество распадов Количество распадов том у что микроорганизмы , в минуту в 100 м г в минуту в 100 мг № № навески навески ' станстанк а к известно, способны а к : ции ции кум ули ровать р ад и о акти в грунты | конкреции грунты конкреции ные, редкие ‘ и рассеянны е элем ен ты , следы которых 4848 29 4890 70 57 Фон 4878 43 71 42 4897 114 н ах о д ятся в окруж аю щ ем их 4885 43 Фон 4902 65 ‘ растворе. Фон Д л я определения радио' активности грунты высуш ив ал и в суш ильном ш к аф у,, а/к о н к р ец и и (по д ве-три с каж д ой станции) с н а ч а л а р азб и в а л и м олотком , а затем р асти р ал и в порош ок фарфором вым пестиком. И з и зм ельченны х конкреций и высуш енных грунтов б р ал и две п ар ал л ел ьн ы е навески по 100 м г к а ж д а я . Н авески равном ерно р асп р ед ел я л и по поверхности миш ени и и сследовали на счетной у становке типа Б-2 е торц овы м счетчиком, регистрирую щ им {^излучения. Р езу л ьтаты п ересчи ты вали сь на 100% , эф ф екти вн ость счетчика и а к ти в ность п рёп аратов в ы р а ж а л а с ь в количестве р асп ад о в в минуту.; И з таб л. 3 видно, что конкреции о б л а д а ю т больш ей ради оакти вностью , чем грунты. Э тот ф а к т говори т в п ользу бактериогенного происхож ден и я кон креци й . 1 СТРУКТУРА И БАКТЕРИОГЕННОЕ ФОРМИРОВАНИЕ Ж ЕЛЕЗО-М АРГАНЦОВЫ Х КОНКРЕЦИИ П ри рассм атри ван и и под м икроскопом п розрачны х ш лифов кон крец ий со ст. 4890 видно, что они состоят из м арган ц овы х оолитов, между которы м и н аход ятся прослойки гидроокислов ж е л е за . Н а ш лиф ах ви д ны скелеты ф орам ин и ф ер, д и атом овы х и и зр ед к а — п розрачны е кристал- Рис. 2. Черные много дольчатые (верхний ряд) и губчатоноздреватые . конкреции Индийского океана (уменьшено в 4 раза) Рнс. 3. Расположение и количество железо-марганцевых конкреций на поверхности дночерпательной пробы. 82,3% поверхности дночерпателя «Океан-50» занято конкрециями (ст. 4878) Рис. 4. Конкреции .микроскопических размеров, обнаруженные в грунте Рис. 5. Экспериментальное образование микроконкреций в проточной морской воде. Плотное ядро первичной микрокодкреции окружено кольцом бактерий, наращивающих новые концентрические слои осадков Океанология, М 6 Рис. 6. Микроконкреция, образованная бактериями в экспериментах в проточной морской воде Рис. 7. Полированная поверхность шлифа конкреции со ст. 4878 после травления сернистой кислотой. Видны каркасы марганцевых оолитов и прослойки гидроокислов железа между ними Рис. 8. Поверхность полированного шлифа конкреции со ст. 4878. Ясно видны концентрические слои нарастания конкреции Рис. 10. Бактериальная | зона вокруг рыхлых микроконкреций, помещенных в агар Формирование железо-марганцовых конкреций 1055* л ы цеолитов р азли чн ой форм ы . П осле травлен и я сернистой ки сл о то й , поли рован н ой поверхности ш л и ф а конкреции со ст. 4878 гидроокислы м ар ган ц а р аство р я ю тся, на рис. 7 видны лиш ь к ар к асы м ар ган ц о в ы х оолитов. Г и дроокислы ж е л е за в виде светлы х прослоек к а к б ы Н а с л а и ваю тся на м ар ган ц о в ы е оолиты . Н а рис. 8 и зо б р а ж ен (П олированный ш лиф конкреции со ст. 4878. Я сно видны концентрические слои н арастан и я конкреции. П е р ф и л ь ев [14] считает, что к а ж д ы й концентрический слой н арастй н и я кон крец и и р авен годичном у периоду. К ал и н ен ко [ 1 1 ] находил в К ар ел ьски х о з е р а х г богаты х ж е л езо -м ар ган ц о в ы м и конкрециям и, колючую проволоку и д р у гие п редм еты , затон увш и е во врем я войны 1939 г. З а 9 л ет на них о б р а зо в ал и сь н ар о сты конкреций, ср ед н яя толщ ина которы х р а в н я л а с ь 1,5 см. Б ы стры й р о ст конкреций в пресны х водах*пом огает нам понять, почем у н а океаническом дне конкреции крупны х разм еров л е ж а т на п оверхн ости о сад к о в. И л, погребаю щ и й их в своей толщ е, н асл аи в ае тся зн а ч и тельно м едленнее, чем р асту т конкреции. Судя по концентрическим сл о я м кон креци и , и зо б р аж ен н о й на рис. 8 , достигаю щ ей 3,5 см в д и а м етр е, в о зр а с т ее рав ен п риб ли зительн о 20 годам . Н а этом оснований при пром ы ш ленной э к сп л у атац и и зал о ж е н конкреций м ож но п рим ен ить р азб и вк у п л о щ ад и н а рай он ы еж егодной выборки рудны х стя ж ен и й . Ч е р е з 30— 40 л ет си л ам и б актери й ,, обитаю щ их в донны х о сад к ах , п рои зой д ет восстановлен и е конкреций на обработан ной зоне м орского д н а. Р о л ь б ак тер и й в о б р азо в ан и и разли чн ы х руд и зу ч ал ась почти с м омента за р о ж д е н и я м и кроби ологи и к а к науки. Б актерй оген н ое о с а ж д е ние ж е л е за и к а р б о н ата к а л ь ц и я б ы л о предметом и сследований Н а д с о на [13], И сачен к о [7, 8], Б уткеви ч а [1], Х олодного [19], В ологд и н а [4], К алиненко [9, 12], М олиш а .(М оИзЬ) [25], Д р ю (О г е ^ ) [21]. О бщ ую концепцию бйогеохим ической деятельности ж и вы х сущ еств со зд ал В ер н ад ски й [2,, 3]. П о его мнению, организм ы , об и таю щ и е на суш е и в ги дросф ере, ак кум ул и рую т разли чн ы е вещ ества и о п р ед ел яю т их м и гр ац и ю в зем ной коре. Б актер и о ген н ой ги потезе о ф орм ировании ж ел езо -м ар ган ц о в ы х конкреций м о ж н о п ротивоп остави ть идеи ряд а авторов [24, 22, 15], сч и таю щих, что причиной о б р азо в ан и я конкреций явл яю тся биохим ические и ди а генетические п ревращ ен и я ж е л е за и м арган ц а. М ы согласн ы с л итологам и [18], считаю щ им и, что соединения ж ел еза и м ар ган ц а п ри н осят терригенны й сток, и расп р ед еляю тся они в поверхностном сл ое осад-: ков под д ей стви ем гидроди нам и чески х ф акторов. Н о д л я ф о рм и рован и я стяж ений д о л ж н ы су щ еств о в ать ф акторы , об ладаю щ и е .сп особностью ак к у м у л и р о в а т ь коллои дн ы е, ам орф н ы е и кри сталли ческие частицы раз*личны х элем ен тов в п рави л ьн ы е тел а . В ген ези се конкреций идеи противников биогеохимической теории не 1 ясны . Е сли исклю чить концентрирую щ ую , работу б актери й , то не б у д ет известно, к а к и е причины вы зы ваю т ком пактное геометрически правиль-* ное построение конкреций, им ею щ их концентрическую слоистость. Б е з 4 участия о р ган и зм ов, об лад аю щ и х, по В ернадском у, ак ку м у л и р у ю щ ей . способностью , не м ож ет со б р ать ся воедино тело конкреции, и м ею щ ей 1 более вы сокую кон ц ен трац ию разн о о б р азн ы х элем ен тов, чем п о д сти л аю - 5 щ ие о садки. В ерн адски й у к а зы в а л н а скелеты ф орам иниф ер и диато-^ мей к а к на типичны й прим ер аккум улирую щ ей д еятельн ости о р г а - : низмов, ст р о я щ и х свои оп орны е й защ и тн ы е о б р азо в ан и я из ■элемгн-; тов, со д ер ж ащ и х ся в ничтож ны х кон ц ен трац иях в о кр у ж аю щ ей морской вод’е. . В морских грун тах м и кроорган и зм ы н ах о д я т услови я д л я о б р а з о в а в ния ж е л е зо -м а р ган ц о в ы х конкреций. М инерализуя биологические о с а д -; ки, б актер и и о б р азу ю т в и л а х сероводород, углекислоту, ам м и а к и о р - 1 ганические кислоты . Эти вещ ества, м еняя физико-химический реж им^ в м икрозоне б ак тер и ал ь н о й колонии, седиментирую т ж елезо, м а р га н е ц ^ 1056 В О. Калиненко и др. кальц и й и д ругие вещ ества. М икроагглю тинаты ск леи ваю тся об р азу е- • мой б актер и ям и слизью . — М икроскопия грунтов И ндийского океан а п оказы вает, что донный ил сод ерж ит, м нож ество м икроолитов и других стяж ен и й правильной ■ ф орм ы (ри с. 9 ). Н али ч и е окисного ж е л е за в верхнем горизонте морских о сад к о в в виде свободны х коллоидны х хлопьев, а т а к ж е в со ставе Рис. 9. Глицериновый препарат грунта Индийского океана под микроскопом. Видны шарообразные рыхлые микроконкреции М и крохи м и чески е.реак ц и и были п роделаны со всеми грун там и , со-; бран ны м и на станц и ях, на которы х были найдены ж елезо-м арганцо,вы е: конкреции. П осле п росасы ван и я 5% НС1 под покровны м стеклом почти, н а всех п р е п а р а т а х , н аб л ю д ал о сь бурное вы деление пузы рьков СОг, у к а зы в аю щ ее на больш ое количество карбон атов в грунтах. 4 % -н ы м ; р аствором ж елтой кровяной соли частицы грунта и зби рательн о окр аш и в ал и сь в сине:зелены й цвет. Особенно яр к ая о к р а ск а н аб л ю д ал ась у . грунтов со станций 4378, 4902, 4897, 4885, в которы х под. м икроскопом; б ы ло о б н ар у ж ен о м н ож ество ры хлы х ,и более плотны х м икроконкрец ий .. Т е ком очки ила, в которы х под микроскопом до м икрохимических проб н аб л ю д ал и сь плотны е буро-красн ы е частицы окиси ж е л е за , (т а к ж е .прин и м ал и окраску, х ар актер н у ю д ля данной реакции. Эти м.икрокимиче— сдие пробы п оказы ваю т присутствие в илах рассеянного коллоидного ж е л е з а , которое стя ги в ается больш ей частью в сф ерические о б р а з о в а ния. Силой, собираю щ ей и склеиваю щ ей коллоидны е хдопья в сф ерические тел а, явл яю тся м икроорганизм ы , что видно из бактериологи чески х, ан а л и зо в свеж их грунтов, которы е проводились таким об разом : н есколько м и л л и грам м ов ила вносят платиновой петлей в каплю стерильн ой; воды , н аходящ ую ся в центре чаш ки "Петри. Л егки м встряхиванием грунт* в. к а п л е р азм ы в ается в суспензию . З а тем из пробирок прямо на каплю , в ы л и в аю т о ст/ж ен н ы й до 42° после стерили зац и и 1,5% ага р следую щ его, •состава: пептон сем и палатин ский — 5,0 г; РеРО* — 0,1 г; КЫОз—0 ,2 5 'г . а г а р -а г а р — 15,0 г; м орская вода — 1000,0 г. С успензия р асп ределяется; п о всей чаш ке. Ч астицы грунта зак реп л яю тся агаровы м студнем на р а з ных расстоян и ях од н а от другой. Ч аш ки с этими посевам и ста в я т в тер-, м остат при тем п ер ату р е 25—27°. ( . ; : Формирование железо-марганцовых конкреций 1057 Ч е р е з н есколько суток под бинокулярной лупой или под микроскопом мы ищ ем б ак тер и ал ь н ы е колонии и оп ределяем их с в я зь с орган и чески ми и м и н еральны м и облом кам и. П од м икроскопом видно, что многие илисты е частицы , ф и кси рован н ы е п итательны м агар о м , обросли к о л о ниям и б актери й (рис. 10}. И нтересно, что н аи бол ее засел ен ы б а к те р и я ми коллои дн ы е сгустки ж е л е за. Е щ е более в ы р ази тел ьн о этот процесс н аб л ю д ается вокруг микроконкреций. Н а п я т ы й .д е н ь опыта ореол б а к терий во кр у г м икроконкреций очень сильно у п лотн яется. Б а к т е р и а л ь ные колонии о б р азу ю тся та к ж е в неровностях м и н еральны х облом ков. Н а п розрачны х кусочках вулканического с те к л а видны плотны е б ак тери ал ьн ы е колонии, в округ которы х н ак а п л и в аетс я мельчайш ий детрит. Н ер ед ко видно, к а к частицы к в ар ц а ск леи ваю тся коллоидны м ж елезом с части ц ам и п олевого ш п ата. В прозрачном сл ое а г а р а под м и кроскопом видно, что скелеты ф орам иниф ер и д руги х простейш их ж ивотны х то ж е о б р аста ю т б актери ям и . Все описанны е м ом енты приводят к одному р езу л ь тату — к гран ули рован и ю илов* к о б р азо в ан и ю м инеральны х зерен и микроолитов. У частие б актери й в создании этих стр у к ту р м ож но видеть в сл ед ующ их эксп ери м ен тальн ы х условиях. Если в м орскую воду опустить предм етны е сте к л а и со зд ать спокойны е проточны е условия, на с т е к л а х , через 10— 15 дней м ож но видеть б ак тер и ал ь н ы е колонии, играю щ ие роль первичны х ф окусов м инеральны х стяж ен и й. Е щ е лучш е ф окуси рую щ ая д еятел ьн о сть видна на чистых кул ьту р ах м орских бактерий. О пы ты этого рода с т а в я т следую щ им об разом : м о р с к ая в о д а стерилизуется в к о л б а х разн ой ем кости от 100 до 500 м л. В м орской 1 воде несколько повы ш аем кон ц ен трац ию азота, ф осф ора, у гл ер о д а, чтобы ком пенсировать п и тател ьн ы е ком поненты , поглощ енны е б ак тер и я м и из н есм еняемой в к о л б ах воды. Б ез внесения п итательны х вещ еств в морскую в о ду до стер и л и зац и и б актери и не могут р а зв и в а т ь с я в таком количестве, чтобы построить в л аб о р ато р н ы х усл ови ях кон креци и . С остав п и та тел ь ной среды следую щ ий: м орская вода — 900 м л ; С а (Ы 0 3) 2— 5 г; — 5 г;, К 2Н Р О 4— 0,1 г; ам м иачное л и м онн оки слое ж е л е зо — 1 г. , г? А м м иачн ое ли м онн оки слое ж ел езо растворялось'; в 10.0 лтл м орскон воды и н ей тр ал и зо в а л о с ь 4 % -ным раствором ед кого н атра. З а т е м от? д ел ьн о стер и л и зован н ы е растворы питательны х солей в 900 ж л морской воды*и лим онн оки слого ж е л е за в 100 Мл м орской воды сливали*вместе* И т о г » опы тов на м орской воде с ж елезом п о к аза л и , что седименти? р о в ать ж е л е зо м огут' многочисленны е виды б ак тер и й морского, дна* О дни виды м орских б актери й образую т студен и сты е осадки и ко л л о и д ал ьн ы е б есструктурн ы е пленки. Д руги е б а к те р и и о б р азу ю т гр ан у л и р о ван ную ф о р м у ж ел ези сты х осадков, а им енно зер н а — оолиты. Эти сф ерически е о б р азо в ан и я , видны невооруж енны м глазом-.. Б актериоренные оолиты л егко об ъед и н яю тся друг с другом в круп н ы е ры хлы е ш ары или леп еш ки, подобно том у, что мы видели в грун тах И ндийского о к е а | на, где черны е м ар ган ц о в ы е конкреции склеены из м н ож ества м елких. Т аки е о б р азо в ан и я на ш л и ф ах п ред ставл яю тся в вид е концентрически слоисты х конкреций. . .. С тр у к ту р о о б р азу ю щ а я деятельность б ак те р и а л ь н о й колонии начинит ется с п р опи ты вани я ее сам ой ж елезом . З а т е м колон и я со б и р ает на своей поверхности коллои дн ы е осадки ж е л е з а и ск леи вает их своей, сли зью в ры хлы е ком ки. Э ксперименты в проточной морской воде Рока-! зы ваю т, что колонии б актери й в течение 30— 40 дней об разую т сф ериче^ ское или плоское тело, аккум улирую щ ее на се б я м агний, кальций, же-* лезо и м ар ган ец . Н а рис. 5 и 6 видно, что б ак те р и и кольцом окруж аю т! м и н еральное, ими созд ан н ое ядро и п рои звод ят концентрическое наслое-, ние ком понентов, о с а ж д а я из морской воды и и лов карбон аты м арган ца, и ж е л е з а . Т аки м о б р азо м создаю тся слои, у к а зы в аю щ и е на непреры вную д еятел ьн о сть б актери й на поверхности ф орм и руем ого ими стяж ен и я. 8 и лах эта ак ку м у л и р у ю щ ая д еятельн ость б ак тер и ал ь н о й колонии уси" О кеанология, № 6 1058 В. О. Калиненко и др. л и в а е т с я . п ри ли п ан и ем коллои дн ы х ч асти ц пелитовой части красной глины. Р о л ь бактерий в ф орм ировании стяж ен и й в эксперим ентальны х условиях о б н а р у ж и в а ется следую щ им об разом : предметное стекло, ца котором б актери и с о зд а л и ф окусы стяж ений (рис. 6 ), мы п огруж аем в Рис. II. Бактериальные колонии, обнаруживающиеся после декальцинирования НС1 экспериментальных микроконкреций, изображенных на рис. 5 и 6 сл аб ы й р аствор НС1. П о сл е растворени я к арб он атов и ж е л е за преп арат, сл егк а промы ты й д и сти лли рован н ой водой, п огруж ается в 0 , 1 % раствор водного м ети л ви ол ета. Ч е р ез 5 минут п реп арат пром ы ваю т водой и в ы суш иваю т. Н а тех м естах, где были стяж ен и я ж е л е за, м ар ган ц а, к а л ь ция, мы увидим б ак те р и а л ь н у ю колонию, которая явл яется ж ивы м ф окусирую щ им центром д л я этих стяж ений (рис. 1 1 ). ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ссл ед ован и я в И ндийском океане п оказали, что в коричневы х, гл и нистых и известковы х ф орам иниф еровы х и лах зар о ж д а ю тся и растут конкреции м икроскопических разм еров. Н а этой стадии конкреции, и м еющ ие ф орм у ш ари к ов, п овторяю т конф игурацию микробной колонии. М акроконкреции, к а к п рави л о, имею т сферическую форму, н ап ом и н ающую гигантскую колонию . Ч исло конкреций на отдельны х станциях И ндийского о к еан а огром но. Геохим ическая р аб о та бактериальн ы х колонии, сидящ их на о тм ер ших планктонны х о р ган и зм ах и на м инеральны х облом ках,- состоит в седим ентации ко ллои дн ого ж е л е за , м ар ган ц а и других элементов. Б а к тери и гран ули рую т п олуж и д ки е илы И ндийского океан а и об разую т н а леты на скелетны х о ста тк ах планктонны х и донных ж ивотны х. З е р н а ила, о б р азо в ан н ы е б ак тер и я м и , склеиваю тся хлопьям и коллоидов и сли зью б актери й в оолиты и ры хлы е конкреции. Д альн ей ш и й рост ко н креций происходит или путем наруж ного н ар астан и я новых бактеридгенны х седим ентов, .или посредством слияния и цем ентирования мел- Формирование железо-марганцовых конкреций 1059 ких стяж ен и й . Б ак тер и и концентрическим и к р у га м и о б р аста ю т м елкор азд р о б л ен н ы е м инералы и об разую т таким путем к о л ь ц а отлож ений ж е л е за , м а р га н ц а и других редких и рад и оакти вн ы х элем ен тов на этих о б л о м ках . , 1 В зак л ю ч ен и е мы в ы р а ж ае м глубокую б л а го д а р н о с ть П. Ф. А ндрущ енко и Ю. И. Б ел я ев у за сущ ественную помощ ь в а н а л и зе хим ического со с тав а и структуры конкрепий. ЛИТЕРАТУРА К Б у т к е в и ч В. С. 1928. Образование морских железо-марганцовых отложений в участвующие в нем микроорганизмы, Тр. Моск. н.-и. ин-та, 3, вып. 3. 2. В е р н а д с к и й В. И. 1923. Живое вещество и химия моря, Н. Т. отд. ВСНХ. 3. В е р н а д с к и й В. И. 1927. Очерки геохимии. 4. В о л о г д и н А. Г. 1947. Геологическая деятельность микроорганизмов, Изв. АН СССР. Сер. геол.^ № 3. 5. Е р е м е е в П. В. 1897. О стяжениях бурого железняка лимонита, Изд. АН СПб., 7, 19. * 6. З е р н о в С. А. 1913. К вопросу об изучении жизни Черного моря, Зап. Импер. АН 32, № 1. ' 7. И с а ч е н к о Б. Л . 1937. Микробиологическая картина грунтов и воды Карскоп» моря, Тр. Аркт. н.-и. нн-та, 82. 8. И с а ч е н к о Б. Л. 1948. О биогенном образовании карбоната кальция, Микробиология, 17. ■ , 9. К а л и н е н к о В. О. 1946. Роль бактерий в формировании железо-марганцовых конкреций, Микробиология, 15, № 5. 10. К а л и н е н к о В. О. 1949. Бактерногенное осаждение кальция в море, Тр. Ин-та океанол., 3. 1П К а л и н е н к о В. О. 1949. Происхождение железо-марганцовых конкреций, Микробиология, 18, вып. 6. > 12. К а л и н е н к о В. О. 1952. Геохимическая роль бактериальной колонии, Изв. АН СССР, Сёр. геол., вып. I. 13. Н а д с о н Г. А. 1903. Организмы как геологические деятели (из работ по изучению минералов озер у Славянска). ■ 14.' П е р ф и л ь е в Б. В. 1926. Новые данные о роли микроорганизмов в рудообразованин, Изв. геол. комит., 45, № 7. 15. С т р а х о в к и . М. 1948. Об истинной роли бактерий в образовании карбонатных пород, Изв. АН СССР, Сер. геол., № 3. * ~ 16. С а м о й л о в Я. В., Т и т о в А. Г. 1917--18. Ж елезо-марганцсвые желваки со дна Черного, Балтийского и Баренцева морей, Тр. Геол. и Минерал, музея Рос. АН. вып. 2, 3. 17. С к о р н я к о в а Н. С. 1960. Марганцовые конкреции в осадках сев.гвост. части Тихого океана, Докл. АН^СССР, 130, № 3. 18. С к о р н я к о в а Н. С 1961. Океанологические исследования «Витязя» в северной части Тихого океана по программе международного геофизического года, Тр. Ин-та океанол., УЬХ. 19. Х о л о д н ы й Н. Г. 1953. Железобактерии, Изд. АН СССР. 20. 0 1 е 1 г К. 5. 1955. Мапдапе5е берозИз оп Ше погШеаз! РасШ с зеа Иоог,. СаПГ, -А Мшез апб СеоЬ, 51, 3, 209—220. . • 21- Р г е ш О. Н. 1914. Оп 1Не ргещрИаИоп оГ са1сГиш сагЬ о п а^ 1п 1Йе зеа Ьу т а п п е Ьас1ег1а апб оп 1Не асИоп оГ бепЙгЦутд Ьас1ег1а т 1горюа1 апб 1етрега(е зеаз. Рар. Ггош 1Не РоНидаз 1аЬ. Сагпед1е 1пз1., \УазН., 5, 9—45. 22, Р е г т о г 1» Ь. 1909. ТЬе тап д ап езе оге дерозВз о( 1п<Иа, Меш. Оео1, Зигу. о? 1псНа, 37. . . 2 3 < Ме п а г < 1 Н. \У., З Ы р е к С. X 1958. ЗигГасе сопсеп1гаИопз о! та п д а п езе по<1и1ез( На1иге, 182, 1156. 24^ М и г г а . у А, Н е п а г б А. Р. 1891. Беер зеа берозНз, Н. М. 5. СЬаНепдег Зс1епЩ. Кез., Бопйоп. . . ' . 25. М о 1 1 з Ь Н. 1910. 01е Е1зепЬас(епеп. ' ' ' 26. N о г с ! е п 5 к 1 о ! <1 А. Е. 1880. Уёдаз Гогд к г т д Аз1еп осЬ Еигора, 51оскЬо1пт. ■ ' . . П оступн ла'в редакцию 13.111.1962 . I