Глава 4. Историческая геохимия элемента

4.1 Историческая справка

Элемент №25 был обнаружен в минерале пиролюзите МnО2 · Н2О, известном еще Плинию Старшему. Плиний считал его разновидностью магнитного железняка, хотя пиролюзит не притягивается магнитом. Этому противоречию Плиний дал объяснение. Нам оно кажется забавным, но не нужно забывать, что в I в. н.э. ученые знали о веществах много меньше, чем нынешние школьники. По Плинию, пиролюзит – это «ляпис магнес» (магнитный железняк), только он женского пола, и именно поэтому магнит к нему «равнодушен». Тем не менее «черную магнезию» (так тогда называли пиролюзит) стали использовать при варке стекла, поскольку она обладает замечательным свойством осветлять стекло. Это происходит оттого, что при высокой температуре двуокись марганца отдает часть своего кислорода и превращается в окисел состава Мn2О3. Освободившийся кислород окисляет сернистые соединения железа, придающие стеклу темную окраску. Как «осветлитель» стекла пиролюзит применяют и сейчас.

В 1774 г. шведский химик К. Шееле показал, что в руде содержится неизвестный металл. Он послал образцы руды своему другу химику Ю. Гану, который, нагревая в печке пиролюзит с углем, получил металлический марганец. В начале 19 в. для него было принято название «манганум» (от немецкого Manganerz — марганцевая руда).

В России марганцем долгое время называли пиролюзит, пока в 1807 г. А.И. Шерер не предложил именовать марганцем металл, полученный из пиролюзита, а сам минерал в те годы называли черным марганцем.

4.2 Геологическая история элемента

Геохимическими эпохами А. Е. Ферсман назвал периоды специфи­ческого накопления отдельных элементов или целой ассоциации эле­ментов. При составлении геохимической карты СССР были выделены литофильный, сидерофильный и халькофильный типы геохимических эпох, которые неоднократно повторялись в геологической истории.

В основу выделения геохимических эпох положены геохимические циклы, которые именуются по характерным для них тектономагматическим циклам, выделенным в исторической геологии. При этом имеются в виду не только эпохи магматизма, складчато­сти и горообразования, но и предшествующие им эпохи пригибания гео­синклиналей, накопления осадков, а также сопряженные процессы развития жизни, выветривания и денудации. К данному геохимическому циклу относятся и процессы на платформах, других структурах зем­ной коры.

Геохимические циклы архейского — догеосинклинального этапа (3,5—2,5 млрд. лет назад):

Для архейских пород в целом характерно повышен­ное содержание сидерофилов преимущественно группы железа. Отме­чается также тесная корреляция Fe, Cr, Ni, Co, Jj. и V. С Аг связано сравнительно небольшое число месторождений марганца. Возможно, это частично объясня­лось отсутствием восстановительных барьеров в биосфере. В связи с этим металлы в осадках не накапливались. Последнее затруднило накопление металлов и в эндогенных процессах.

Геохимические циклы протерозоя (PR—2,5—1,7 млрд. лет):

Протерозойские циклы отмечены исключительно энергичным рудообразованием. Размеры запасов марганца от общих мировых современных запасов и с учетом отработанных месторождений составляли 20 %. Геохимические циклы рифея (RF—1,7—0,7 млрд. лет):

Характерно накопление сидерофильных элементов, ко­торое связывают с первич­ным базальтоидным соста­вом земной коры. Отме­чается роль в рудообразовании дополнительного поступления ме­таллов из земной коры.

Каледонский геохимический цикл (570—410 млн. лет назад)

В морях каледонского цикла значительное распространение по­ручили глинистые илы с сероводородной средой. Последующий метаморфизм превратил их в черные углеродистые сланцы, широко распространенные на всех континентах. Для черных сланцев характерно рассеянное органическое вещество, в ряде случаев повышенное содержание марганца. Механизм осаждения металлов на восста­новительном и сорбционном барьерах, вероятно, был тот же, что и в современную эпоху. Менее ясны причины накопления металлов. В качестве таких причин выдвигались благоприятная область сноса, исключительная медленность осадконакопления, накопление металлов в морской воде в предшествующие эпохи. В последующие геохимические циклы накопление металлоносных илов сильно сократилось, хотя и не прекратилось полностью (черные глины в олигоцене).

Каледонский цикл вызвал включение в миграцию боль­ших масс изверженных пород и руд металлов.

Герцинский геохимический цикл (410—200 млн. лет:

В это время существовали Урало-Монгольский и другие гигантские геосинклинальные пояса. Герцинская эндоген­ная металлогения резко отличается от предыдущих эпох своим разно­образием, формированием месторождений марганца. Металлические богатства Урала, Казахстана и других рудных провинций бывшего СССР в зна­чительной степени обусловлены герцинским геохимическим циклом.

Альпийский геохимический цикл (200 млн. лет — современная эпоха):

В данном цикле выде­ляют в нем два тектономагматических цикла — киммерийский и соб­ственно альпийский.

С киммерийским и альпийским тектономагматическими циклами связаны разнообразные гидротермальные месторождения. Для альпийского геохимического цикла характерны месторождения марганца, хотя в целом интенсивность рудообразования была слабее герцинской. По разнооб­разию генетических типов руд альпийский цикл не уступает герцинскому. В течение альпийского цикла энергично проявилась геохимическая деятельность подземных вод. С этим связаны различные процессы изменения осадочных пород, формирование рудных месторождений на геохимических барьерах в водоносных горизонтах. Так, например, на Ук­раине, в киммерийскую металлогеническую эпоху с грунтовыми и пластовыми глеевыми водами связаны эпигенетическое оглеение красноцветов, выщелачивание и накопление на геохимических барьерах марганца других элементов.[18]