Глубоководные органогенно-карбонатные постройки в северной зоне Срединно-Атлантического хребта

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 (δ¹³С_PDB = –0.16 ± 1.03‰) соответствует морским осадочным карбонатолитам, а кислород, напротив, обнаруживает аномально изотопно-тяжелые значения (δ¹⁸O_SMOW = 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.

1. Антошкина А.И., Добрецова И.Г., Силаев В.И., Киселева Д.В., Смолева И.В., Чередниченко Н.В. (2020) Особенности состава и строения карбонатных построек в северной зоне Срединного Атлантического хребта. Геология рифов. Мат-лы Всеросс. литол. совещ. Сыктывкар: ИГ КомиНЦ УрО РАН, 19-22.

2. Базилевская Е.С. (2007) Исследование железомарганцевых руд океана. Тр. ГИН РАН, вып. 518, 189 с.

3. Воронков М.Г., Кузнецов И.Г. (1977) Элементы жизни. Химия и жизнь, 9, 43-47.

4. Габлина И.Ф., Добрецова И.Г., Бельтенев В.Е., Люткевич А.Д., Наркевский Е.В., Густайтис А.Н. (2012) Особенности современного сульфидного оруденения в районе 19°15'–20°08' с. ш. Срединно-Атлантического хребта. Докл. АН, 442(4), 506-510.

5. Габлина И.Ф, Добрецова И.Г., Наркевский Е.В., Густайтис А.Н., Садчикова Т.А., Горькова Н.В., Савичев А.Т., Люткевич А.Д., Дара О.М. (2017) Влияние гидротермально-метасоматических процессов на формирование современного сульфидного оруденения в придонных карбонатных осадках Срединно-Атлантического хребта (19–20° с. ш.). Литология и полез. ископаемые, 5, 387-408.

6. Галимов Э.М. (1981) Природа биологического фракционирования изотопов. М.: Наука, 247 с.

7. Геворкян В.Х. (2011) Рудоносность подводных гор и поднятий открытого океана. Геология и полез. ископаемые Мирового океана, 3, 5-27.

8. Дара О.М., Кузьмина Т.Г., Леин А.Ю. (2009) Минеральные ассоциации гидротермальных полей Лост-Виллидж и Лост-Сити (Северная Атлантика). Океанология, 49(5), 742-750.

9. Добрецова И.Г. (2020) Псевдоморфозы по прижизненным формам организмов в современных вулканитах Срединно-Атлантического хребта. Вестн. геонаук, 12, 26-31. https://doi.org/10.19110/geov.2020.12.2

10. Добрецова И.Г., Оськина Н.С. (2015) О взаимодействии базальтов с карбонатными осадками в районе 13–20° с. ш. Срединно-Атлантического хребта. Докл. АН, 461(3), 307-311.

11. Дубинина Е.О., Чернышев И.В., Бортников Н.С., Леин А.Ю., Сагалевич А.М., Гольцман Ю.В., Баирова Э.Д., Мохов А.В. (2007) Изотопно-геохимические характеристики гидротермального поля Лост-Сити. Геохимия, 11, 1223-1236.

12. Дубинина Е.О., Крамчанинов А.Ю., Силантьев С.А., Бортников Н.С. (2020) Влияние скорости осаждения на изотопный состав (δ18О, δ13С и δ88Sr) карбонатов построек поля Лост-Сити (Срединно-Атлантический хребет, 30° с. ш.). Петрология, 28(4), 413-430. https://doi.org/10.31857/S0869590320040032

13. Ископаемые бактерии и другие микроорганизмы в земных породах и астроматериалах. (2011) (Науч. ред. А.Ю. Розанов, Г.Т. Ушатинская). М.: ПИН РАН, 172 с.

14. Куприн П.Н. (2014) Введение в океанологию. М.: МГУ, 632 с.

15. Леин А.Ю., Богданов Ю.А., Сагалевич А.М., Пересыпкин В.И., Дулов Л.Е. (2002) Белые столбы Покинутого города. Природа, 12, 40-46.

16. Леин А.Ю., Галкин С.В., Масленников В.В., Богданов Ю.А., Богданова О.Ю., Дара О.М., Иванов М.В. (2007) Новый тип карбонатных пород на дне океана (Срединно-Атлантический хребет, 30°07' с. ш.). Докл. АН, 412(4), 535-539.

17. Леин А.Ю., Иванов М.В. (2009) Биогеохимический цикл метана в океане. (Отв. ред. А.П. Лисицын). М.: Наука, 576 с.

18. Логвинова Е.А., Матвеева Т.В. (2009) Сравнение изотопного состава аутигенных карбонатов из различных районов Мирового океана. Вестн. СПбГУ, 7(1), 48-56.

19. Лысенко В.И., Шик В.Н. (2014) Дегазация и “карбонатные постройки” в бухте ЛАСПИ (ЮБК). Геология и полез. ископаемые Мирового океана, (2), 105-111.

20. Маракушев А.А., Панеях Н.А., Маракушев С.А. (2011) Образование сульфидных руд и углеводородов в срединно-океанических хребтах. Глубинная нефть, 4(6), 150-156.

21. Махнач А.А., Михайлов Н.Д., Колосов И.Л., Шиманович В.М. (1994) Изотопы углерода и кислорода в девонских карбонатных образованиях Беларуси. Минск: ИГН АН Беларуси, 96 с.

22. Меркушова М.Ю., Жегалло Е.А. (2016) Биоморфные структуры в богатых железных рудах КМА (по результатам электронно-микроскопического исследования). Вестн. Воронеж. гос. ун-та. Сер. геол., (2), 150-154.

23. Сазонов А.М., Цыкин Р.А., Ананьев С.А. Перфилова О.Ю., Махлаев М.Л., Сосновская О.В. (2019) Путеводитель по геологическим маршрутам в окрестностях г. Красноярска. Красноярск: СФУ, 212 с.

24. Силаев В.И., Чайковский И.И., Митюшова Т.П., Хазов А.Ф. (2008) Современные карбонатные минерализации на испарительных и седиментационнодиагенетических изотопно-геохимических барьерах. Сыктывкар: Геопринт, 66 с.

25. Силаев В.И., Штейнер В.Л., Шнайдер Л.Б. (2006) Травертины как индикатор долгоживущей рудоносной гидротермальной системы. Петрология и минералогия Севера Урала и Тимана. (Отв. ред. Л.В. Махлаев, О.В. Удоратина). Сыктывкар: Коми НЦ УрО РАН, 116-127.

26. Хазов А.Ф., Вергасова Л.П., Симакова Ю.С., Смолева И.В., Тарасов К.В., Силаев В.И. (2019) Фумарольные карбонатные минерализации на примере БТТИ (Камчатка). Вестн. ИГ Коми НЦ УрО РАН, 2, 12-19. https://doi.org/10.19110/2221-1381-2019-12-12-19

27. Чамов Н.П., Стукалова И.Е., Соколов С.Ю., Пейве А.А., Горькова Н.В., Разумовский А.А., Былинская М.Е., Головина Л.А. (2019) Тектоноседиментационная система подводных гор Атлантис-Метеор (Северная Атлантика): обстановки вулканизма и седиментации в позднем миоцене-плиоцене, положение в ряду Атлантико-арктических структур. Литология и полез. ископаемые, 5, 418-438.

28. Antoshkina A.I. (2018) Bacteriomorph Structures in Nodules, a Characteristic of Euxinic Conditions of Nodule Formation. Paleontol. J., 52(10), 28-39.

29. Degens E.T., Behreng M., Gotthardt В., Reppmann E. (1968) Metabolic fractionation of carbon isotopes in marine plankton. II. Data on samples collected of the coast of Peru and Ecuador. Deep-Sea Res., 15(1), 11-20. https://doi.org/10.1016/0011-7471(68)90025-9

30. Friis K., Najjar R.G., Follows M.J., Dutkiewicz S. (2007) Dissolution of calcium carbonate: observations and model results in the subpolar North Atlantic. Biogeosciences, 4(2), 205-213. https://doi.org/10.5194/bg-4-205-2007

31. Fru-Green G.L., Kelley D.S., Bernasconi S.M., Karson J.A., Ludwig K.A., Butterfield D.A., Boschi C. (2003) 30.000 Years of Hydrotermal Activity at the Lost City Vent Field. Science, 301, 495-498. https://doi.org/10.1126/science.1085582

32. Keating-Bitonti C.R., Peters S.E. (2019) Influence of increasing carbonate saturation in Atlantic bottom water during the late Miocene. Palaeogeogr., Palaeoclimat., Palaeoecol., 518, 134-142. https://doi.org/10.1016/j.palaeo.2019.01.006

33. MacLeod K.G., Hoppe K.A. (1992) Evidence that iniceramid bivalves were benthic and harbored chemosynthetic symbioses. Geology, 20(2), 117-120. https://doi.org/10.1130/0091-7613(1992)0202.3.CO;2

34. Pacton V., Ariztegui D., Wacey D., Kilburn M.R., Rollion-Bard C., Farah R., Vasconcelos C. (2012) Going nano: A new step towards understanding the processes governing fresh water ooid formation. Geology, 40(6), 547- 550. https://doi.org/10.1130/G32846.

35. Proskurowski G., Lilley M.D., Seewald J.S., Früh-Green G.L., Olson E.J., Lupton J.E., Sylva S.P., Kelley D.S. (2008) Abiogenic Hydrocarbon Production at Lost City Hydrothermal Field. Science, 319, 604-607. https://doi.org/10.1126/science.115119

36. Reeburgh W.S. (2007) Oceanic methane biogeochemistry. Chem. Rew., 107(2), 486-513. https://doi.org/10.1021/cr050362v

37. Valantine D.L., Reeburgh W.S. (2000) New perspectives on anaerobic methane oxidation. Environ. Microbiol., 2(5), 477-484. https://doi.org/10.1046/j.1462-2920.2000.00135.x

38. Vu B., Chen M., Crawford R.J., Ivanova E.P. (2009) Bacterial Extracellular Polysaccharides Involved in Biofilm Formation. Molecules, 14(7), 2535-2554. https://doi.org/10.3390/molecules14072535