167982, г. Сыктывкар, ул. Первомайская, 54
54 Pervomaiskaya st., Syktyvkar 167982
198412, г. Санкт-Петербург, ул. Победы, 24
24 Pobeda st., St.Petersburg 198412
167982, г. Сыктывкар, ул. Первомайская, 54
54 Pervomaiskaya st., Syktyvkar 167982
620110, г. Екатеринбург, ул. Акад. Вонсовского, 15
15 Akad. Vonsovsky st., 620110 Ekaterinburg
167982, г. Сыктывкар, ул. Первомайская, 54
54 Pervomaiskaya st., Syktyvkar 167982
167982, г. Сыктывкар, ул. Первомайская, 54
54 Pervomaiskaya st., Syktyvkar 167982
620110, г. Екатеринбург, ул. Акад. Вонсовского, 15
15 Akad. Vonsovsky st., 620110 Ekaterinburg
Объект исследования. Ветвистые и конусообразные карбонатные постройки, поднятые с глубин от 1986 до 2973 м во внеосевой зоне рифтовой долины северной части Атлантического океана на участках активного молодого вулканизма. Дно океана здесь сложено базальтоидами и серпентинизированными габбро-перидотитами, фрагментарно перекрытыми пелагическими карбонатными осадками.
Цель. Доказать органогенную природу этих карбонатных построек и выявить особенности, ранее не отмечавшиеся в глубоководных карбонатных постройках подобного типа.
Материалы и методы. Карбонатные постройки в количестве около 100 образцов, первичные исследования которых проводились непосредственно во время рейсов на корабле. Аналитические методы включали в себя оптическую микроскопию, электронную микроскопию, рентген-флуоресцентную спектроскопию, рентгеновскую дифрактометрию, инфракрасную спектроскопию, масс-спектрометрию с индуктивно-связанной плазмой, изотопную масс-спектрометрию.
Результаты. Важными признаками изученных построек являются концентрически-зональная структура, образующаяся вокруг осевого канала, и тонкая темно-коричневая корка карбонатно-железомарганцевого состава. В теле построек и корках выявлены обилие фоссилий планктонной фауны и распространение минерализованных биопленок с бактериоморфными структурами и гликокаликсом. В составе карбонатных построек установлено более 50 микроэлементов, в том числе 11 эссенциальных (жизненно необходимых), 18 физиогенно-активных и 22 антибионтов. Отношения групповых содержаний элементов эссенциалов и антибионтов варьируют в пределах от 0.67 в верхней части построек до 0.001 в нижней их части и до 0.0006 в вулканогенном субстрате. Аналогично ведет себя и отношение концентраций эссенциального цинка к физиогенно-активной меди. В кальците углерод по изотопному составу (δ13СPDB = –0.16 ± 1.03‰) соответствует морским осадочным карбонатолитам, а кислород, напротив, обнаруживает аномально изотопно-тяжелые значения (δ18OSMOW = 34.44 ± 3.21‰). В железомарганцевых карбонатах соответствующие значения составляют –3…1 и 32–35‰.
Выводы. Карбонаты построек представляют собой твердые растворы на основе кальцита в самом теле построек и на основе бинарного ряда сидерит-родохрозит в составе бурых корок. Особенности состава, строения, химизма и минальной смесимости карбонатных твердых растворов отражают условия бактериальностимулированного минералообразования. В ходе изотопных исследований впервые установлен феномен сочетания в изученных карбонатных постройках принципиально разных по генетической природе углерода и кислорода, для объяснения которого предложена схема изотопного обмена кислородом между морским бикарбонатом и сульфатом при активном участии сульфатредуцирующих бактерий.
Research subject. Carbonate formations raised from depths up 1986 to 2973 m in the off-axis zone of the rift valley of the North Atlantic Ocean in areas of active young volcanism. The ocean floor here is composed of basaltoids and serpentinized gabbro-peridotites fragmentarily overlain by carbonate pelagic sediments.
Aim. To confirm the organogenic nature of these carbonate formations and to reveal new features of deep-water carbonate structures of this type.
Materials and methods. The research objects comprised 100 samples of branched and cone-shaped/crater-like carbonate formations, the primary studies of which were carried out directly on the research vessel. Analytical methods included optical microscopy, electron microscopy, X-ray fluorescence spectroscopy, X-ray diffractometry, infrared spectroscopy, inductively coupled plasma mass spectrometry, and isotope mass spectrometry.
Results. Among the most important features of the studied formations were found to be a concentric-zonal structure, which forms around the axial channel, and a thin dark brown crust of carbonate-ferromanganese composition. The abundance of planktonic fauna fossils and the distribution of mineralized biofilms with bacteriomorphic structures and glycocalyx were found in the body of crusts of the studied formations. More than 50 trace elements were found, including 11 essential (vital), 18 physiogenicallly-active and 22 antibiotic elements. The ratios of group contents of essential and antibiotic elements vary from 0.67 in the upper part of the structures to 0.001 in their lower part and up to 0.0006 in the volcanogenic substrate of the carbonate buildups. The ratio of the concentrations of essential zinc to physiogenically-active copper behaves similarly. In calcite, the isotopic composition of carbon, δ13СPDB = = –0.16 ± 1.03‰, corresponds to marine sedimentary carbonates; conversely, while oxygen exhibits anomalously isotopically heavy values, δ18OSMOW = 34.44 ± 3.21‰. In ferromanganese carbonates, the corresponding values are –3…1 and 32– 35‰.
Conclusions. The studied carbonate formations are solid solutions based on calcite in their body and based on siderite-rhodochrosite binary series in the composition of brown crusts. Specific features of the chemism and minal compatibility of carbonate solid solutions reflect the conditions of microbially-stimulated mineral formation. The conducted isotopic studies discovered the phenomenon of a combination of carbon and oxygen, fundamentally different in genetic nature, in the studied formations. For the explanation of this fact, a scheme for isotopic exchange of oxygen between marine bicarbonate and sulfate with the active participation of sulfate-reducing bacteria was proposed.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.