Модель биогенного рудообразования
Принципиальная схема рудолокализующей "работы" биохимического барьера заключается в следующем: При поступлении кислородсодержащих рудоносных вод в породы, содержащие органику угольного, битумного или графитового ряда, создается благоприятная среда для жизнедеятельности аэробной микрофлоры. Они преобразовывают органические вещества, присутствующие в породе, образуют органические кислоты, окисляя сульфиды, добавляют серную кислоту; бактерии Pseudomonas fluorescens продуцируют перекись водорода. В результате усиливается окислительная агрессивность растворов. Eh в воде повышается от обычных 150–200 мВ до 500–600 мВ. Ускоряется разложение пород и их выщелачивание. Обеспечивается перевод металлов в растворы. Благодаря обилию органических кислот образуются хорошо растворимые металлоорганические соединения. Вследствие высокой растворимости таких соединений в окислительной зоне биохимического барьера металлы накапливаются в растворах до сотен г\т. Таким экзогенным (биогенным) путем образуются богатые рудоносные растворы. И только из таких растворов образуются экзогенные месторождения. Это важный новый вывод, дополняющий и развивающий теорию экзогенного рудообразования. Без учета данной роли биохимического барьера, без его окислительной зоны, без создания богатых рудоносных растворов, концепция экзогенного рудогенеза была неубедительной.
Вторая, восстановительная, половина биохимического барьера, состоит в том, что, по мере продвижения растворов в неокисленные породы, свободный кислород в растворах полностью поглощается аэробными бактериями, и они вымирают. Но продукты их метаболизма, в том числе и металлоорганические соединения, служат обильной "пищей" для анаэробных бактерий, которые на границе окисленных и неокисленных пород начинают бурно размножаться. Они преобразовывают металлоорганические соединения в менее растворимые формы, продуцируют сероводород, метан, водород, а, главное, резко снижают Eh в растворах: от плюс 500–600 до минус 500–600 мВ. Металлы выпадают в осадок.
Дальнейшее продвижение растворов вглубь неокисленных пород приводит к тому, что анаэробы полностью потребляют тот запас питательных веществ, который им создали аэробы, и тоже вымирают. "Плотность" их резко снижается, а окислительно-восстановительный потенциал в воде повышается до положительных значений, несмотря на наличие там метана, тяжелых углеводородов, водорода и даже сероводорода. Этот факт убедительно доказывает, что геохимические барьеры в подземных водах возникают не по причине смены состава вмещающих пород, а вследствие бурной жизнедеятельности микроорганизмов в условиях наличия питательной среды для них. Восстановительная обстановка в подземных водах создается непосредственно живыми анаэробами, а не их продуктами метаболизма. Точно так же и повышение Eh до плюс 500–600 мВ производится живыми аэробами. Тот же факт свидетельствует, что анаэробное окисление с резким понижением Eh в растворах невозможно без аэробного окисления. Для этого процесса необходим определенный симбиоз бактерий, образующийся в описанных выше условиях. Анаэробные микроорганизмы резко активизируются только в условиях обилия питательных веществ, которые создаются для них аэробной микрофлорой.
Таким образом, восстановительный геохимический барьер такой высокой контрастности, которая необходима для значительного рудонакопления, не может образоваться без окислительного барьера.
В процессе рудообразования микроорганизмы играют важную роль также еще до образования биохимических барьеров в подземных водах. Их жизнедеятельность ускоряет выветривание пород и перевод в растворы различных веществ, в т.ч. рудных элементов. Без участия микроорганизмов можно допустить только образование собственно россыпных месторождений. Но при этом разрушение пород – источников, из которых поступали рудные компоненты в россыпи, тоже происходило с участием микроорганизмов. В образовании многих золотоносных "россыпей" видна их собственно биогенная природа. Только этим можно объяснить рост самородков в россыпях. Богатые россыпи известны в регионах, сложенных углеродистыми сланцами с тонко рассеянным золотом без признаков жильных объектов. Микроорганизмы извлекают тонкое золото из выветривающихся пород и высаживают его, образуя самородки и "крупное" золото.
С учетом биогенной природы рудообразования убедительно объясняются все особенности минерального состава руд и все околорудные изменения. Рудные залежи в осадочных толщах, как правило, сопровождаются ореолами околорудных изменений, иногда весьма интенсивных. Характерным является аргиллизация, хлоритизация, гематитизация, пиритизация, окварцевание или десилицификация вмещающих пород. Такие изменения часто связываются с "предрудной гидротермальной проработкой пород", Однако, они более логично объясняются биогенными преобразованиями. Микроорганизмы значительно ускоряют разложение пород. В зонах рудонакопления, на биохимических барьерах, количество микроорганизмов на единицу объема, как доказано выше, в тысячи и миллионы раз больше, чем за пределами таких зон. Естественно, что интенсивность преобразования пород в таких участках тоже пропорционально будет более высокой. В окислительной зоне биохимического барьера наиболее устойчивым конечным продуктом изменений пород является каолинит, а в восстановительной зоне образуется хлорит, монтмориллонит, иллит.
Тесное соседство этих зон в пространстве приводит к образованию смешанной минерализации: гематита с пиритом, хлорита с каолинитом и пр. Биохимический барьер является подвижным. Он смещается по мере развития зон окисления в углеродистых породах. На месте былого его положения остаются интенсивно измененные породы, которые и составляют ореолы околорудных изменений. Циркуляция подземных вод происходит не только сверху вниз, но и по латерали. Поэтому нередко интенсивно измененные породы залегают под неизмененными, что часто воспринимается как явный признак гидротермальной проработки.
Биохимические барьеры образуются (зарождаются) в углеродистых породах, но ими строго не ограничиваются. Частично они распространяются вместе с подвижными растворами и микроорганизмами во вмещающие безуглеродистые разности пород, и там тоже происходит рудонакопление и соответствующие эпигенетические изменения. По этой причине оруденение не подчиняется строгому литологическому и стратиграфическому контролю. Оно распространяется в базальных осадочных слоях и в подстилающих эти слои корах выветривания на более древних безуглеродистых толщах; или в корах выветривания углеродистых пород и в перекрывающих безуглеродистых песчаниках (как на месторождениях несогласия).
Для образования биохимического барьера требуется приток кислородных вод в породы, содержащие органические вещества. Дискуссионным считается вопрос – могут ли микроорганизмы "потреблять" графит? Графит – инертное вещество. С позиций химических законов с ним не предполагается образование геохимических барьеров. В действительности биохимические барьеры в присутствии графита закономерны, как и при других формах органики. "Выгорание" графита в рудах и его окисление, затухающее с глубиной на месторождениях несогласия, логичнее всего объясняется воздействием на него плотных колоний бактерий, которые "научились" использовать углерод графита для образования необходимых им органических соединений.
В.И. Вернадский объясняет особую химическую активность живого вещества его способностью производить трансмутацию химических элементов, необходимых для их жизнедеятельности. Он пишет: "можно считать более чем вероятным, что изменение изотопического состава элементов организмами – живым веществом – происходит в биосфере при обыкновенном давлении и обыкновенной температуре поверхности Земли, тогда как для косной среды аналогичный процесс происходит только при высоком Р и Т в недрах метаморфической оболочки". Если микроорганизмы способны производить даже трансмутацию элементов, то использовать свободный углерод из графита им не составит большого труда.
Как видно из изложенного материала, новые выводы о ведущей роли живых микроорганизмов в образовании рудолокализующих барьеров обоснованы фактами, ранее известными, но не учтенными при разработке модели "гидрогенного" рудообразования. Были оставлены без внимания следующие важные факты:
1) Что за пределами зоны рудонакопления в неокисленных породах количество анаэробов резко снижается и восстановительная обстановка сменяется на слабо окислительную, т.е. что восстановительный барьер исчезает, несмотря на присутствие в подземных водах минеральных и газовых восстановителей.
2) Что жизнедеятельность анаэробов зависит от продуктов метаболизма аэробов.
3) Что благодаря жизнедеятельности аэробов, продуцирующих обилие органических кислот, образуются богатые рудоносные растворы, без которых образование руд было бы невозможно.
4) Что только живые микроорганизмы способны резко ускорять процессы химического превращения веществ.
5) Не учтены выводы В.И. Вернадского, что "сила живой материи по своей мощности и непрерывности во времени ни с какой другой геологической силой не может даже быть сравнимой".
Перечисленные неучтенные факты не находят объяснения вне изложенной модели биогенного рудообразования.
Для образования биохимического барьера и для рудоотложения на таком барьере требуются определенные сочетания природных условий.
Вторая, восстановительная, половина биохимического барьера, состоит в том, что, по мере продвижения растворов в неокисленные породы, свободный кислород в растворах полностью поглощается аэробными бактериями, и они вымирают. Но продукты их метаболизма, в том числе и металлоорганические соединения, служат обильной "пищей" для анаэробных бактерий, которые на границе окисленных и неокисленных пород начинают бурно размножаться. Они преобразовывают металлоорганические соединения в менее растворимые формы, продуцируют сероводород, метан, водород, а, главное, резко снижают Eh в растворах: от плюс 500–600 до минус 500–600 мВ. Металлы выпадают в осадок.
Дальнейшее продвижение растворов вглубь неокисленных пород приводит к тому, что анаэробы полностью потребляют тот запас питательных веществ, который им создали аэробы, и тоже вымирают. "Плотность" их резко снижается, а окислительно-восстановительный потенциал в воде повышается до положительных значений, несмотря на наличие там метана, тяжелых углеводородов, водорода и даже сероводорода. Этот факт убедительно доказывает, что геохимические барьеры в подземных водах возникают не по причине смены состава вмещающих пород, а вследствие бурной жизнедеятельности микроорганизмов в условиях наличия питательной среды для них. Восстановительная обстановка в подземных водах создается непосредственно живыми анаэробами, а не их продуктами метаболизма. Точно так же и повышение Eh до плюс 500–600 мВ производится живыми аэробами. Тот же факт свидетельствует, что анаэробное окисление с резким понижением Eh в растворах невозможно без аэробного окисления. Для этого процесса необходим определенный симбиоз бактерий, образующийся в описанных выше условиях. Анаэробные микроорганизмы резко активизируются только в условиях обилия питательных веществ, которые создаются для них аэробной микрофлорой.
Таким образом, восстановительный геохимический барьер такой высокой контрастности, которая необходима для значительного рудонакопления, не может образоваться без окислительного барьера.
В процессе рудообразования микроорганизмы играют важную роль также еще до образования биохимических барьеров в подземных водах. Их жизнедеятельность ускоряет выветривание пород и перевод в растворы различных веществ, в т.ч. рудных элементов. Без участия микроорганизмов можно допустить только образование собственно россыпных месторождений. Но при этом разрушение пород – источников, из которых поступали рудные компоненты в россыпи, тоже происходило с участием микроорганизмов. В образовании многих золотоносных "россыпей" видна их собственно биогенная природа. Только этим можно объяснить рост самородков в россыпях. Богатые россыпи известны в регионах, сложенных углеродистыми сланцами с тонко рассеянным золотом без признаков жильных объектов. Микроорганизмы извлекают тонкое золото из выветривающихся пород и высаживают его, образуя самородки и "крупное" золото.
С учетом биогенной природы рудообразования убедительно объясняются все особенности минерального состава руд и все околорудные изменения. Рудные залежи в осадочных толщах, как правило, сопровождаются ореолами околорудных изменений, иногда весьма интенсивных. Характерным является аргиллизация, хлоритизация, гематитизация, пиритизация, окварцевание или десилицификация вмещающих пород. Такие изменения часто связываются с "предрудной гидротермальной проработкой пород", Однако, они более логично объясняются биогенными преобразованиями. Микроорганизмы значительно ускоряют разложение пород. В зонах рудонакопления, на биохимических барьерах, количество микроорганизмов на единицу объема, как доказано выше, в тысячи и миллионы раз больше, чем за пределами таких зон. Естественно, что интенсивность преобразования пород в таких участках тоже пропорционально будет более высокой. В окислительной зоне биохимического барьера наиболее устойчивым конечным продуктом изменений пород является каолинит, а в восстановительной зоне образуется хлорит, монтмориллонит, иллит.
Тесное соседство этих зон в пространстве приводит к образованию смешанной минерализации: гематита с пиритом, хлорита с каолинитом и пр. Биохимический барьер является подвижным. Он смещается по мере развития зон окисления в углеродистых породах. На месте былого его положения остаются интенсивно измененные породы, которые и составляют ореолы околорудных изменений. Циркуляция подземных вод происходит не только сверху вниз, но и по латерали. Поэтому нередко интенсивно измененные породы залегают под неизмененными, что часто воспринимается как явный признак гидротермальной проработки.
Биохимические барьеры образуются (зарождаются) в углеродистых породах, но ими строго не ограничиваются. Частично они распространяются вместе с подвижными растворами и микроорганизмами во вмещающие безуглеродистые разности пород, и там тоже происходит рудонакопление и соответствующие эпигенетические изменения. По этой причине оруденение не подчиняется строгому литологическому и стратиграфическому контролю. Оно распространяется в базальных осадочных слоях и в подстилающих эти слои корах выветривания на более древних безуглеродистых толщах; или в корах выветривания углеродистых пород и в перекрывающих безуглеродистых песчаниках (как на месторождениях несогласия).
Для образования биохимического барьера требуется приток кислородных вод в породы, содержащие органические вещества. Дискуссионным считается вопрос – могут ли микроорганизмы "потреблять" графит? Графит – инертное вещество. С позиций химических законов с ним не предполагается образование геохимических барьеров. В действительности биохимические барьеры в присутствии графита закономерны, как и при других формах органики. "Выгорание" графита в рудах и его окисление, затухающее с глубиной на месторождениях несогласия, логичнее всего объясняется воздействием на него плотных колоний бактерий, которые "научились" использовать углерод графита для образования необходимых им органических соединений.
В.И. Вернадский объясняет особую химическую активность живого вещества его способностью производить трансмутацию химических элементов, необходимых для их жизнедеятельности. Он пишет: "можно считать более чем вероятным, что изменение изотопического состава элементов организмами – живым веществом – происходит в биосфере при обыкновенном давлении и обыкновенной температуре поверхности Земли, тогда как для косной среды аналогичный процесс происходит только при высоком Р и Т в недрах метаморфической оболочки". Если микроорганизмы способны производить даже трансмутацию элементов, то использовать свободный углерод из графита им не составит большого труда.
Как видно из изложенного материала, новые выводы о ведущей роли живых микроорганизмов в образовании рудолокализующих барьеров обоснованы фактами, ранее известными, но не учтенными при разработке модели "гидрогенного" рудообразования. Были оставлены без внимания следующие важные факты:
1) Что за пределами зоны рудонакопления в неокисленных породах количество анаэробов резко снижается и восстановительная обстановка сменяется на слабо окислительную, т.е. что восстановительный барьер исчезает, несмотря на присутствие в подземных водах минеральных и газовых восстановителей.
2) Что жизнедеятельность анаэробов зависит от продуктов метаболизма аэробов.
3) Что благодаря жизнедеятельности аэробов, продуцирующих обилие органических кислот, образуются богатые рудоносные растворы, без которых образование руд было бы невозможно.
4) Что только живые микроорганизмы способны резко ускорять процессы химического превращения веществ.
5) Не учтены выводы В.И. Вернадского, что "сила живой материи по своей мощности и непрерывности во времени ни с какой другой геологической силой не может даже быть сравнимой".
Перечисленные неучтенные факты не находят объяснения вне изложенной модели биогенного рудообразования.
Для образования биохимического барьера и для рудоотложения на таком барьере требуются определенные сочетания природных условий.
