Марганець із води
Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.
Про походження залізо-марганцевих конкрецій написано чимало. І все ж досі вчені не дійшли єдиної думки: як це при такому нікчемному вмісті марганцю та заліза в морській воді (тисячні та десятитисячні частки міліграма в літрі) формуються грандіозні запаси руд у сотні мільярдів тонн у вигляді каменів, що лежать на морському дні?
Пояснення висувалися всякі. Тут і хімічне осадження заліза та марганцю безпосередньо з морської води, і діяльність підводних вулканів, і мікробіологічне осадження рудної речовини… Проте ці уявлення, зазвичай, були слабко обгрунтовані з фізико-хімічного боку. Особливо загадковим є утворення конкрецій саме на межі розділу «донний осад — вода», ніби там існує якийсь геохімічний бар’єр. Вивченням цього бар’єру і вирішили зайнятися дослідники. І тут з’ясувалися дивовижні речі.
На океанське дно постійно осідають продукти життєдіяльності морських організмів. На глибині чотирьох – шести тисяч метрів – там, де виявляють залізо-марганцеві конкреції – потік органічного вуглецю становить близько 0,2 грама на квадратний метр на рік. Знаючи швидкість накопичення опадів – 1-3 міліметри за тисячу років, можна підрахувати, скільки має утримуватися в них органічного вуглецю: 5-10 відсотків.
Тим часом у «злежалого» в консолідованому осаді вуглецю всього 0,2-0,3 відсотка. У чому тут річ? Органічні сполуки, вважають вчені, «згоряють», окислюються в тонкому, лише кілька міліметрів поверхневому шарі, тобто на межі розділу «вода — осад». Значить, тут ідуть інтенсивні хімічні процеси.
Як же вони пов’язані з утворенням конкрецій? Спрощено це можна пояснити так. Придонна вода має окислювальні властивості, а тонкий поверхневий шар — відновлювальні. При проходженні через нього осадового матеріалу залізо і марганець переходять у рухомі водорозчинні форми і дифузуючи потім придонні води, окислюються і перетворюються на тверді сполуки. Такий цикл: «осадження – розчинення – нове осадження» повторюється багаторазово, збагачуючи щоразу осадовий матеріал. Так у ньому і накопичуються залізо та марганець.
Начебто б механізм ясний… Однак висування наукових концепцій, що пояснюють загадкове походження залізо-марганцевих конкрецій, продовжується. Ось ще одна. Автори засновують її на тому, що мінімум відносної в’язкості морської води припадає на глибини 5-6 кілометрів, де якраз і зосереджено найбільше конкрецій. Це сприяє дифузії важких металів, їх потоку, накопиченню на поверхні твердих частинок – гідроксиду марганцю. Таким чином, поліметалеві конкреції утворюються за рахунок поглинання важких металів із морської води. Особлива роль при цьому відводиться так званим головним іонам (натрію, магнію та іншим).
Як бачимо, загальноприйнятої точки зору на механізм утворення залізо-марганцевих конкрецій поки що немає. І, треба сказати, інтерес вчених до цього унікального природного явища, як і раніше, великий. Чи незабаром з’явиться його остаточне пояснення?