Моделирование процессов абиогенного выветривания углеродистого вещества палеопротерозойских шунгитовых пород Oнежской структуры (Карелия)

Светлана Юрьевна Чаженгина, Виктория Сергеевна Рожкова, Ирина Владимировна Кочнева, Svetlana Chazhengina, Viktoriya Rozhkova, Irina Kochneva

Аннотация


В работе представлены результаты изучения влияния процессов химического выветривания на углеродистое вещество шунгитовых пород (шунгит) в двух экспериментальных системах, моделирующих процессы выщелачивания в воде и растворе кислот. Изменение состава, структурных характеристик и свойств поверхности шунгитов в процессе модельных экспериментов были исследованы методами масс-спектрометрии в сочетании с лазерной абляцией (LA-ICP-MS), рамановской спектроскопии и лазерной сканирующей микроскопии. В результате модельных экспериментов установлены изменения микроэлементного состава шунгитов, которые соответствуют процессам выщелачивания в кислых окислительных условиях. Выявлено уменьшение общего содержания РЗЭ, сопровождающегося увеличением доли тяжелых РЗЭ, в продуктах преобразования шунгитов в воде и растворе кислот, а также появление более выраженной отрицательной европиевой аномалии. По данным рамановской спектроскопии установлено уменьшение степени межслоевой упорядоченности шунгитов, выдержанных в воде и растворе кислот, по сравнению с исходными шунгитами. В процессе модельных экспериментов наблюдалось уменьшение шероховатости поверхности шунгитов. Шунгиты с более высокой степенью упорядоченности характеризуются большей устойчивостью в процессах выщелачивания.


Ключевые слова


углеродистое вещество; шунгитовые породы; выветривание; выщелачивание; модельные эксперименты

Полный текст:

PDF

Литература


Бородулина Г. С., Мазухина С. И. Подземные воды Заонежья / Экологические проблемы освоения месторождения Средняя Падма. Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2005. С. 47–54.

ГОСТ Р ИСО 4287-2014 Геометрические характеристики изделий (GPS). Структура поверхности. Профильный метод. Термины, определения и параметры структуры поверхности / Москва: Стандартинформ, 2015. 18 c.

Добровольский В. В. Основы биогеохимии / М.: Издательский центр Академия, 2003. 400 с.

Онежская палеопротерозойская структура (геология, тектоника, глубинное строение и минерагения) / Отв. ред. Л. В. Глушанин, Н. В. Шаров, В. В. Щипцов. Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2011. 431 с.

Органическое вещество шунгитоносных пород Карелии (генезис, эволюция, методы изучения) / Ред. М. М. Филиппов, А. И. Голубев. Петрозаводск: КарНЦ РАН, 1994. 207 с.

Рожкова В. С., Ковалевский В. В., Кочнева И. В., Лозовик П. А. О возможности использования шунгитовых пород Карелии в водоподготовке // Горный журнал. 2012. № 5. С. 64–67.

Рожкова В. С., Чаженгина С. Ю. Влияние окисления сульфидов шунгитовых пород на содержание тяжелых металлов в почве и карьерных водах // Экологическая геология: теория, практика и региональные проблемы: материалы конф. (Воронеж, 20-22 нояб. 2013 г.). Воронеж, 2013. С. 258–261.

Ромашкин А. Е., Рычанчик Д. В., Голубев А. И. Геохимия РЗЭ углеродсодержащих пород Онежской структуры // Геология и полезные ископаемые Карелии. Вып. 17. 2014. С. 74–85.

Светов С. А., Степанова А. В., Чаженгина С. Ю., Светова Е. Н., Рыбникова З. П., Михайлова А. И., Парамонов А. С., Утицына В. Л., Эхова М. В., Колодей В. С. Прецизионный (ICP-MS, LA-ICP-MS) анализ состава горных пород и минералов: методика и оценка точности результатов на примере раннедокембрийских мафитовых комплексов // Труды КарНЦ РАН. 2015. № 7. С. 54–73. doi: 10.17076/geo140.

Федорец Н. Г., Морозова Р. М., Бахмет О. Н., Ткаченко Ю. Н. Почвы и почвенный покров Заонежья // Экологические проблемы освоения месторождения Средняя Падма. Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2005. С. 20–34.

Чаженгина С. Ю., Рожкова В.С. РЗЭ в почве и карьерных водах, приуроченных к месторождениям шунгитовых пород. // Экологическая геология: теория, практика и региональные проблемы: материалы конф. (Петрозаводск, 30 сент. -2 октяб. 2015 г.). Воронеж, 2015. С. 279 – 282.

Юдович Я. Э., Кетрис М. П. Геохимия черных сланцев / JI.: Наука: 1988, 271 с.

Berlendis S., Beyssac O., Derenne S., Benzerara K., Anquetil C., Guillaumet M., Estève I., Capelle B. Comparative mineralogy, organic geochemistry and microbial diversity of the Autun black shale and Graissessac coal (France) // Inter. J. Coal Geology. 2014. Vol. 132. P. 147–157. doi: 10.1016/j.coal.2014.07.005.

Beyssac O., Goffé B., Chopin C., Rouzaud J.-N. Raman spectra of carbonaceous material in metasediments: a new geothermometer// J. Metamorphic Geol. 2002. Vol. 20, no. 9. P. 859-871. doi: 10.1046/j.1525-1314.2002.00408.x.

Braun J.-J., Pagel M., Muller J.-J., Bilong P., Michard A., Guillet B. Cerium anomaly in lateritic profiles // Geochim. Cosmochim. Acta. 1990. Vol. 54, no. 3. P. 781–795. doi: 10.1016/0016-7037(90)90373-S.

Chazhengina S. Y., Kovalevski V. V. Raman spectroscopy of weathered shungites // J. Raman Spectr. 2017. Vol. 48, no. 11. P. 1590–1596. doi: 10.1002/jrs.5188.

Dalai T. K., Singh S. K., Trivedi J. R., Krishnaswami S. Dissolved rhenium in the Yamuna River Systemand the Ganga in the Himalaya: Role of black shale weathering on the budgets of Re, Os, and U in rivers and CO2 in the atmosphere // Geochim. Cosmochim. Acta. 2002. Vol. 66, no. 1. P. 29–43. doi: 10.1016/S0016-7037(01)00747-5.

Ferrari, A. C., Robertson, J. Interpretation of Raman spectra of disordered and amorphous carbon // Phys. Rev., B. 2000. Vol. 61, no. 20. P. 14095–14107. doi: 10.1103/PhysRevB.61.14095.

Kovalevski V. V., Buseck P. R., Cowley J. M. Comparison of carbon in shungite rocks to other natural carbons: An X-ray and TEM study // Carbon. 2001. Vol. 39, no. 2. P. 243–256. doi: 10.1016/S0008-6223(00)00120-2.

Kovalevski V. V., Moshnikov I. A. TEM study of structure of graphene layers in shungite carbon // Nanosystems, Physics, Chemistry, Mathematics. 2016. Vol. 7, no.1. P. 210–213. doi: 10.17586/2220-8054-2016-7-1-210-213.

Kouketsu Y., Mizukami T., Mori H., Endo S., Aoya M., Hara H., Nakamura D., Wallis S. A new approach to develop the Raman carbonaceous material geothermometer for low-grade metamorphism using peak width // Island Arc. 2014. Vol. 23, no. 1. P.33–50. doi: 10.1111/iar.12057.

Littke R., Klussmann U., Krooss B., Leythaeuser D. Quantification of loss of calcite, pyrite, and organic matter due to weathering of Toarcian black shales and effects on kerogen and bitumen characteristics // Geochim. Cosmochim. Acta. 1991. Vol. 55, no. 6. P. 3369–3378. doi: 10.1016/0016-7037(91)90494-P.

McDonough W. F., Sun S.-S. The composition of the Earth // Chemical geology. 1995. Vol.120, no. 3-4. P. 223–253. doi: 10.1016/0009-2541(94)00140-4.

Migaszewski Z. M., Gałuszka A. The Characteristics, Occurrence, and Geochemical Behavior of Rare Earth Elements in the Environment: A Review // Critical Reviews in Environmental Science and Technology. 2015. Vol. 45, no. 5, P. 429–471. doi: 10.1080/10643389.2013.866622.

Murakami T., Utsunomiya S., Imazu Y., Prasad N. Direct evidence of late Archean to early Proterozoic anoxic atmosphere from a product of 2.5 Ga old weathering. Earth and Planetary // Science Letters. 2001. Vol. 184, no. 2. P. 523–528. doi: 10.1016/S0012-821X(00)00344-7.

Petsch S. T. Weathering of Organic Carbon / Treatise on Geochemistry. Amsterdam: Elsevier, 2014. P. 217–238. doi: 10.1016/B978-0-08-095975-7.01013-5.

Peucker-Ehrenbrink B., Hannigan R. E. Effects of black shale weathering on the mobility of rhenium and platinum group elements // Geology. 2000. Vol. 28, no. 5. P. 475–478. doi: 10.1130/0091-7613(2000)28%3C475:EOBSWO%3E2.0.CO;2.

Sheldon N. D., Tabor N. J. Quantitative paleoenvironmental and paleoclimatic reconstruction using paleosols // Earth-Science Reviews. 2009. Vol. 95, no. 1-2. P.1–52. doi: 10.1016/j.earscirev.2009.03.004.

Tuttle M. L. W., Breit G. N. Weathering of the New Albany Shale, Kentucky, USA: I. Weathering zones defined by mineralogy and major-element composition // Applied Geochemistry. 2009. Vol. 24, no. 8. P. 1549–1564. doi: 10.1016/j.apgeochem.2009.04.021.

Wildman R. A, Berner R. A, Petsch S. T. The weathering of sedimentary organic matter as a control on atmospheric O2: I. Analysis of a black shale // Am. J. of Sci. 2004. Vol. 304, no. 3. P. 234–249. doi: 10.2475/ajs.304.3.234.

Wopenka B., Pasteris J. D. Structural characterization of kerogens to granulite-facies graphite: applicability of Raman microprobe spectroscopy // Am. Mineral. 1993. Vol. 78, no. 5-6. P. 533–557.




DOI: http://dx.doi.org/10.17076/geo827

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


© Труды КарНЦ РАН, 2014-2019