Евро-Азиатский институт образовательных технологий Eurasian Institute of educational technologies
Monday, 2020-04-06, 5:11 AM
Site menu
Section categories
Археология- Аrcheology
Ботаника- Вotany
География- Geography
Зоология- Zoology
История- Нistory
История науки- Нistory of science
Медицина- Мedicine
Образование- Education
Общая биология- General biology
Общество- Society
Палеонтология- Рaleontology
Право- Jurisprudence
Психология- Рsychology
Технологии- Technology
Физика- Physics
Химия- Сhemistry
Экология- Еcology
Экономика- Еconomy
Our poll
Выберите научные направления, которые интересны Вам / Select the science areas that you interest in
Total of answers: 2565
Statistics

Total online: 1
Guests: 1
Users: 0

7:56 AM
Подтверждается магматическое происхождение железных руд типа Кируна / The magmatic origin of iron ores of Kiruna type is confirmed

Рис. 1. Апатит-магнетитовая железная руда из месторождения Кируна (гора Кирунавара в Шведской провинции Норрботтен). Основным минералом железа является магнетит (черные вкрапления). Также присутствуют апатит (светло-зеленые), кальцит (белые) и актинолит (темно-зеленые). Кируна — крупнейшее железорудным месторождение в Европе, но детали происхождения его руд все еще плохо изучены. Ширина образца — 14 см. Фото с сайта sandatlas.org

Дискуссия о том, как образовались железные руды типа Кируна, продолжается уже полтора столетия. За это время были высказаны уже, пожалуй, все возможные гипотезы происхождения этих гигантских по запасам залежей руд апатит-магнетитового состава, которые и сегодня обеспечивает более 90% объемов производства железа в Европе. Недавнее объемное исследование изотопного состава железа и кислорода магнетита руд типа Кируна из месторождений трех континентов вносит некоторую определенность в один из самых спорных вопросов рудной геологии, подтверждая магматическую версию их происхождения.

Впервые богатые железом апатит-магнетитовые руды были обнаружены (в XVII веке) на самом севере Швеции вблизи города Кируна, поэтому все открытые позднее в разных точках земного шара подобные руды называют рудами типа Кируна. Сегодня шведские месторождения в Кируне и Малмбергете (Malmberget) — крупнейшие и наиболее важные источники железа в Европе, а месторождения типа Кируна имеют глобальное значение. Запасы руды только на месторождении Кируна превышают 2 млрд тонн (для сравнения: подтвержденные запасы железной руды во всем мире составляют около 200 млрд тонн). Месторождения типа Кируна также обладают большим потенциалом с точки зрения получения весьма востребованных и критических для многих отраслей промышленности редкоземельных элементов, а также фосфора.

В зарубежной литературе руды типа Кируна часто называют «апатитовыми железными рудами» (apatite-iron ores). Связано это с тем, что в этих рудах часто присутствует апатит (Са5[PO4]3(F, Cl, ОН)), хотя его содержание обычно небольшое (доля в химическом составе руд редко превышает 5%, составляя обычно от 0,02 до 2%), а основной объем руд сложен рудными минералами железа: в основном это магнетит и, в меньшей степени, гематит. Благодаря этому такие руды чрезвычайно богаты железом: содержание Fe в них составляет 50–70%.

Рудные тела, как правило, представлены пластовыми залежами среди вулканических и метаморфических пород. Так, рудное тело месторождения Кируна локализовано на контакте сиенитовых и кварцевых порфировсубвулканических пород среднегои кислого состава, которые образуются на небольших глубинах и занимают промежуточное положение между плутоническими магматическими породами и излившимися на поверхность лавами. Сами сиенитовые порфиры при этом также содержат магнетит, который образует вкрапленность в породе (магнетит-сиенитовый порфир), неправильные округлые обособления и прожилки. На других месторождениях магнетитовые руды залегают среди метаморфизованных вулканогенных образований типа туфов. Иногда встречаются и магнетитовые жилы, секущие все перечисленные породы.

Такое морфологическое разнообразие рудных образований вызвало появление многочисленных гипотез образования руд типа Кируна. Первые геологи, изучавшие эти руды в конце XIX — начале XX века, считали их метаморфизованнымиосадочными образованиями. Потом появилась магматическая гипотеза происхождения руд месторождения Кируна, которая со временем стала господствующей. Сторонники этой гипотезы, в том числе и крупные российские ученые А. Н. Заварицкий, В. А. Обручев, С. А. Вахрамеев, рассматривали рудное тело Кирунавары как пластовую интрузию, образовавшуюся при внедрении богатого летучими и рудными компонентами позднего продукта дифференциации кислой щелочной магмы. Некоторые гипотезы объясняли образование пластовых рудных залежей гравитационной дифференциацией магмы или образованием их в результате пневматолитических процессов (изменения магматических пород более поздними растворами из того же магматического очага). Достаточно весомые аргументы приводились сторонниками гипотезы вулканогенно-осадочного происхождения, согласно которой апатит и магнетит осаждались при подводных излияниях магмы, а также сторонниками эксгаляционно-осадочного происхождения — процесса, при котором вулканические возгоны (эксгаляции), отделившиеся от магмы, пропитывают осадочные толщи, отлагая в них рудные элементы. До сих пор остается сильной и гипотеза низкотемпературного гидротермального образования руд типа Кируна, в соответствии с которой магнетит осаждался из горячих растворов постмагматического происхождения.

Чтобы распутать весь этот клубок гипотез, важно для начала определиться с источником рудного вещества, что и попыталась сделать международная группа ученых из Швеции, Финляндии, Индии, Ирана, Великобритании и Южной Африки во главе с Валентином Троллем (Valentin R. Troll) из шведского Университета Уппсалы. Для этого они проанализировали изотопный состав железа и кислорода из магнетита (Fe3O4) руд типа Кируна из месторождений Швеции, Чили, США и Ирана. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.

Сравнив полученные значения δ56Fe и δ18О с глобальными справочными данными по слоистым интрузиям и вулканитам, содержащим в своем составе магнетит, а также по достоверно установленным низкотемпературным гидротермальным железным рудам, авторы пришли к выводу, что примерно 80% магнетита из изученных руд типа Кируна имеют изотопные отношения, которые перекрываются с вулканическими и плутоническими эталонными породами, образование которых происходило при температуре более 800°С (рис. 2). Оставшиеся 20% результатов, которые приходятся на рассеянный и жильный магнетит, соответствуют значениям, характерным для гидротермальных образований с температурой менее 400°С.

Рис. 2. Распределение изотопных значений Fe и O магнетита по генетическим группам: оранжевый прямоугольник — типичный магматический магнетит; розовый — ортомагматический магнетит (напрямую связанный своим происхождением с обогащенными железом и фосфором магмами или производными от них высокотемпературными растворами); серый — магнетит, образовавшийся из гидротермальных растворов в процессе замещения или переотложения; светло-серый — низкотемпературный гидротермальный магнетит. Образцы, использованные в исследовании и эталонные образцы: 1 — апатит-магнетитовые руды месторождения Кируна (Швеция); 2 — апатит-магнетитовые пластовые руды месторождения Гренгесберг (Швеция); 3 — жильный и вкрапленный магнетит месторождения Гренгесберг (Швеция); 4 — апатит-магнетитовые руды месторождения Эль-Лако (El Laco, Чили); 5 — апатит-магнетитовые руды месторождения Бафк (Иран); 6 — апатит-магнетитовые руды Чилийского железного пояса и месторождений Пи-Ридж и Пайлот-Кноб (США); 7 — эталонные образцы плутонических пород; 8 — эталонные образцы вулканических пород; 9 — эталонные образцы низкотемпературного гидротермального магнетита. Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature Communications

Как видно из рисунка 2, руды типа Кируна имеют преимущественно магматическое происхождение, но могут содержать также магнетит гидротермального происхождения, отложившийся, судя по всему, из растворов поздней стадии функционирования того же магматического очага. В поле низкотемпературных гидротермальных магнетитов не попал ни один из исследованных образцов, включая жильный магнетит месторождений Кируна и Гренгесберг. То есть, весь магнетит в рудах типа Кируна связан с первично магматическим источником, а общая схема образования руд выглядит так, как показано на рисунке 3.

 
 

Рис. 3. Стадии рудообразования железных руд различных месторождений руд типа Кируна: I — первичная магматическая стадия (железо находится в жидкой фазе); II — главная магматическая стадия (кристаллизация из магмы); III — поздняя магматическая стадия (кристаллизация из магмы и магматических газово-жидких растворов); IV — гидротермальная стадия (осаждение из гидротермальных растворов и замещение). Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature Communications

На главной магматической стадии при температурах 1000–800°С происходит выделение магнетита из самого магматического расплава. На поздней магматической стадии (800–400°С) магнетит осаждается из высокотемпературных магматических растворов высокого давления. Поздняя генерация магнетита образуется уже из гидротермальных (400–150°С) постмагматических растворов низкого давления, завершающих активность магматической системы. Из низкотемпературных (ниже 150°С) гидротермальных растворов, смешивающихся с поверхностными водами, осаждения магнетита уже не происходит. Плавный характер изменения значений δ18О говорит о том, что магнетит различных генераций осаждался из эволюционирующих и остывающих растворов, имеющих один и тот же магматический источник.

Таким образом, данные об изотопах кислорода и железа для массивных апатит- магнетитовых руд типа Кируна указывают на первичный магматический источник железа в них. При этом картина не зависит от возраста и степени метаморфизма месторождений. Она примерно одинакова для руд раннепротерозойских месторождений Швеции, для палеозойских руд Ирана и для более молодых (юрских и неогеновых) месторождений Чили.

Несмотря на то, что авторы говорят о подтверждении магматической гипотезы происхождения магнетитовых руд типа Кируан, это не значит, что массивный магнетит, образующий пластовые залежи, образовался непосредственно из магматического расплава. Скорее надо говорить о том, что эти руды, судя по результатам изотопных исследований, образовались в субвулканических условиях под действием высокотемпературных постмагматических растворов.

Источник: Valentin R. Troll, Franz A. Weis, Erik Jonsson, Ulf B. Andersson, Seyed Afshin Majidi, Karin Högdahl, Chris Harris, Marc-Alban Millet, Sakthi Saravanan Chinnasamy, Ellen Kooijman, Katarina P. Nilsson. Global Fe–O isotope correlation reveals magmatic origin of Kiruna-type apatite-iron-oxide ores // Nature Communications. 2019. V. 10. DOI: 10.1038/s41467-019-09244-4.

Владислав Стрекопытов, https://elementy.ru

For the first time, iron-rich Apatite-magnetite ores were discovered (in the XVII century) in the North of Sweden near the city of Kiruna, so all later discovered in different parts of the globe such ores are called Kiruna-type ores. Today, the Swedish deposits in Kiruna and Malmberget (Malmberget) are the largest and most important sources of iron in Europe, and deposits of Kiruna type are of global importance. The reserves of ore at the Kiruna Deposit alone exceed 2 billion tons (for comparison: the confirmed reserves of iron ore worldwide are about 200 billion tons). Kiruna deposits also have great potential in terms of obtaining very popular and critical for many industries rare earth elements, as well as phosphorus.

In foreign literature, ores such as Kiruna are often called "Apatite iron ores" (apatite-iron ores). This is due to the fact that these ores are often present Apatite (CA5[PO4]3(F, Cl, HE)), although its content is usually small (the share in the chemical composition of ores rarely exceeds 5%, usually ranging from 0.02 to 2%), and the bulk of the ore is composed of iron ore minerals: basically it is magnetite and, to a lesser extent, hematite. Due to this, such ores are extremely rich in iron: the Fe content in them is 50-70%.

Ore bodies, as a rule, are represented by reservoir deposits among volcanic and metamorphic rocks. Thus, the ore body of the Kiruna Deposit is localized on the contact of syenite and quartz porphyry — subvolcanic rocks of medium and acidic composition, which are formed at shallow depths and occupy an intermediate position between the plutonic igneous rocks and lavas poured out on the surface. The syenite porphyry themselves also contain magnetite, which forms a impregnation in the rock (magnetite-syenite porphyry), irregular rounded separations and veins. Other deposits of magnetite ore occur among the metamorphosed volcanogenic formations of the type tuffs. Sometimes there are magnetite veins, cutting all these rocks.

This morphological diversity of ore formations has caused the emergence of numerous hypotheses of the formation of ores such as Kiruna. The first geologists who studied these ores in the late XIX — early XX century, considered them metamorphosed landing formations. Then there was a magmatic hypothesis of the origin of the ores of the Kiruna Deposit, which eventually became dominant. Supporters of this hypothesis, including major Russian scientists an. Zavaritsky, V. A. Obruchev, S. A. Vakhrameev, considered ore body formation Kirunavaara as intrusion, resulting in the introduction of rich ore and volatile components of late product differentiation acid alkaline magma. Some hypotheses explained the formation of reservoir ore deposits by gravitational differentiation of magma or their formation as a result of pneumatolytic processes (changes in igneous rocks by later solutions from the same magmatic focus). Quite weighty arguments were given by supporters of the hypothesis of volcanogenic-sedimentary origin, according to which Apatite and magnetite were deposited in underwater magma outpourings, as well as supporters of the exhalation-sedimentary origin — a process in which volcanic eruptions (exhalations), separated from magma, impregnate sedimentary strata, laying in them ore elements. The hypothesis of low-temperature hydrothermal formation of Kiruna-type ores, according to which magnetite was deposited from hot solutions of postmagmatic origin, is still strong.

To unravel this whole tangle of hypotheses, it is important to first determine the source of the ore substance, which tried to do an international group of scientists from Sweden, Finland, India, Iran, great Britain and South Africa, led by Valentin Troll (Valentin R. Troll) from the Swedish University of Uppsala. To do this, they analyzed the isotopic composition of iron and oxygen from magnetite (Fe3O4) of Kiruna-type ores from deposits in Sweden, Chile, USA and Iran. The results of the study are published in the journal Nature Communications.

Comparing the obtained values of δ56Fe and δ18o with the global reference data on layered intrusions and volcanites containing magnetite in their composition, as well as on reliably established low-temperature hydrothermal iron ores, the authors concluded that approximately 80% of the magnetite from the studied Kiruna-type ores have isotopic ratios that overlap with volcanic and plutonic reference rocks, the formation of which occurred at a temperature of more than 800°C (Fig. 2). The remaining 20% of the results, which fall on the scattered and vein magnetite, correspond to the values characteristic of hydrothermal formations with a temperature of less than 400°C.

Ores of Kiruna type are predominantly of magmatic origin, but may also contain magnetite of hydrothermal origin, deposited, apparently, from solutions of the late stage of functioning of the same magmatic focus. In the field of low-temperature hydrothermal magnet did not hit any of the studied samples, including core magnetite deposits of Kiruna and Grangesberg. That is, all the magnetite in Kiruna-type ores is associated with a primary magmatic source, and the General scheme of ore formation looks like figure 3.

At the main magmatic stage, at temperatures of 1000-800°C, magnetite is isolated from the magmatic melt itself. At the late magmatic stage (800-400°C), magnetite is precipitated from high-temperature magmatic solutions of high pressure. Late generation of magnetite is formed already from hydrothermal (400-150°C) postmagmatic solutions of low pressure, completing the activity of the magmatic system. From low-temperature (below 150°C) hydrothermal solutions mixed with surface waters, magnetite deposition no longer occurs. The smooth nature of the change in the values of δ18o suggests that the magnetite of different generations was deposited from evolving and cooling solutions having the same magmatic source.

Thus, data on oxygen and iron isotopes for massive Apatite - magnetite ores of Kiruna type indicate the primary magmatic source of iron in them. The picture does not depend on the age and degree of metamorphism of deposits. It is approximately the same for the ores of the early Proterozoic deposits of Sweden, for the Paleozoic ores of Iran and for the younger (Jurassic and Neogene) deposits of Chile.

Despite the fact that the authors speak of confirmation of the magmatic hypothesis of the origin of magnetite ores of the kiruan Type, this does not mean that the massive magnetite forming the formation deposits was formed directly from the magmatic melt. Rather, it should be said that these ores, judging by the results of isotopic studies, were formed in subvolcanic conditions under the action of high-temperature postmagmatic solutions.

Category: География- Geography | Added by: zvonimirveres
Log In
Search
Calendar
«  May 2019  »
SuMoTuWeThFrSa
   1234
567891011
12131415161718
19202122232425
262728293031
Организации / Оrganizations
Полезные ссылки / Useful links