Марганец из воды
Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком
О происхождении железо-марганцевых конкреций написано уже немало. И все же до сих пор ученые не пришли к единому мнению: как это при таком ничтожном содержании марганца и железа в морской воде (тысячные и десятитысячные доли миллиграмма в литре) формируются грандиозные запасы руд в сотни миллиардов тонн в виде камней, лежащих на морском дне?
Объяснения выдвигались всякие. Тут и химическое осаждение железа и марганца непосредственно из морской воды, и деятельность подводных вулканов, и микробиологическое осаждение рудного вещества… Однако все эти представления, как правило, были слабо обоснованы с физико-химической стороны. Особенно загадочно образование конкреций именно на границе раздела «донный осадок — вода», будто там существует некий геохимический барьер. Изучением этого барьера и решили заняться исследователи. И тут выяснились удивительные вещи.
На океанское дно постоянно осаждаются продукты жизнедеятельности морских организмов. На глубине четырех — шести тысяч метров — там, где обнаруживают железо-марганцевые конкреции,— поток органического углерода составляет около 0,2 грамма на квадратный метр в год. Зная скорость накопления осадков — 1-3 миллиметра за тысячу лет, можно подсчитать, сколько должно содержаться в них органического углерода: 5-10 процентов.
Между тем в «слежавшемся», консолидированном осадке углерода всего 0,2-0,3 процента. В чем тут дело? Органические соединения, считают ученые, «сгорают», окисляются в тонком, всего в несколько миллиметров поверхностном слое, то есть на границе раздела «вода — осадок». Значит, здесь идут интенсивные химические процессы.
Как же они связаны с образованием конкреций? Упрощенно это можно представить так. Придонная вода обладает окислительными свойствами, а тонкий поверхностный слой — восстановительными. При прохождении через него осадочного материала железо и марганец переходят в подвижные водорастворимые формы и, диффундируя затем в придонные воды, окисляются и превращаются в твердые соединения. Такой цикл: «осаждение — растворение — новое осаждение» повторяется многократно, обогащая раз за разом осадочный материал. Так в нем и накапливаются железо и марганец.
Вроде бы механизм ясен… Однако выдвижение научных концепций, объясняющих загадочное происхождение железо-марганцевых конкреций, продолжается. Вот еще одна. Авторы основывают ее на том, что минимум относительной вязкости морской воды приходится на глубины 5-6 километров, где как раз и сосредоточено больше всего конкреций. Это благоприятствует диффузии тяжелых металлов, их потоку, накоплению на поверхности твердых частиц — гидроокислов марганца. Таким образом, полиметаллические конкреции образуются за счет поглощения тяжелых металлов из морской воды. Особая роль при этом отводится так называемым главным ионам (натрия, магния и другим).
Как видим, общепринятой точки зрения на механизм образования железо-марганцевых конкреций пока нет. И, надо сказать, интерес ученых к этому уникальному природному явлению по-прежнему велик. Скоро ли появится его окончательное объяснение?