Ga7_1.p65

Transkriptas

1 47 Profesorius Emilis Jemeljanovas (Emelyan Emelyanov) geologas, Vilniaus universiteto 1958 m. laidos absolventas, po baigimo visà laikà dirba Rusijos mokslø akademijos Okeanologijos instituto Atlanto skyriuje Kaliningrade (Karaliauèiuje). Jis nenutraukë ryðiø su Lietuvos geologø bendruomene ir yra daþnas sveèias Geologijos akiraèiø þurnalo puslapiuose. Praeitais metais garsi pasaulyje mokslinës literatûros leidykla Springer anglø kalba iðleido jo monografijà Barjerø zonos vandenyne (The Barrier Zones in the Ocean). G.A. þurnalo redakcija papraðë jo pasidalinti mintimis apie ðiuos ádomius gamtos reiðkinius. Pasakodamas apie barjerø tyrimo iðtakas prof. E. Jemeljanovas prisiminë, kad ðia problema susidomëjo prieð 30 metø, perskaitæs 1976 m. paskutiniàjà þymaus rusø geologo sedimentologo N. Strachovo publikacijà. Straipsnyje buvo raðoma apie jûrø ir vandenynø geocheminio zoniðkumo tyrimø svarbà. Mokslinio tyrimo laivais vagodamas pasauliná vandenynà, E. Jemeljanovas vis ádëmiau þvelgë á ávairias ribas vandens masëje ir dugno nuosëdose, vis aiðkiau pradëjo suvokti, kad ribos jûrose ir vandenynuose lemia ne tik sedimentogenezës, bet ir rûdø susikaupimo procesus. Jo tyrimø rezultatai skelbti daugelyjemoksliniø publikacijø, kuriose pateikta ir Jûrø ir vandenynø geocheminiø barjerø ir jø zonø klasifikacija. Autorius prisimena, kad dirbdamas daug kur rëmësi þinomo geochemiko A. Pelermano, tyrusio geocheminius barjerus sausumoje ir suformavusio cheminiø elementø migracijos sampratà, darbais (1989). Sugebëjimas áþvelgti savo pirmtakø darbuose bendruosius gamtos dësningumus ir kûrybingai pratæsti jø darbus mokslininko brandos poþymis. Emilis Jemeljanovas, Rusijos mokslø akademijos P. Ðirðovo Okeanologijos instituto Atlanto skyrius, Kaliningradas RIBÙ IR GEOCHEMINIÙ BARJERÙ REIKÖMÉ JÚRÙ GEOLOGIJOJE Gamtai bûdingas stebëtinas tobulumas, kurá lemia ribø visuma. Suvokæ gamtoje egzistuojanèias ribas, suprantame jos veikimo mechanizmà. A. Baricco (ið romano Jûra vandenynas, 1993) Anotacija Jemeljanovas E. Ribø ir geocheminiø barjerø reikðmë jûrø geologijoje // Geologijos akiraèiai. ISSN , Nr p. Abstract Emelyanov E.M. Significance of Boundaries and Geochemical Barriers for Marine Geology // Geologijos akiraèiai. ISSN No. 1, p Ribos, kur vandenyne susikerta ávairios srovës ir vyksta sudetingi fiziniai bei cheminiai reiðkiniai, dar maþai iðtirtos, nes jûriniai tyrimai gerokai brangesni nei tyrimai sausumoje. Tokiose vietose kai kurie cheminiai elementai ir junginiai yra nusodinami, jiems tai neperþengiamas barjeras. Straipsnyje aptariama geocheminiø barjerø samprata, cheminiø elementø migracija, naudingosios iðkasenos, kurios formuojasi barjerinëse zonose, ir mineraliniø þaliavø sankaupø prognozavimo galimybës jûrose bei vandenynuose. Boundaries, where different streams intersect and intricate physical and chemical processes take place, are not fully investigated yet, because the marine researches are significantly more expensive than those performed on land. Such places are notable for deposition of some chemical elements and compounds, which, hence, stay within bounds in front of a barrier that cannot be outstepped. A concept of geochemical barriers (GB) is discussed in the paper. Keywords: marine geology, geochemical barriers, ocean, boundaries. Received 14 December 2006, accepted 22 February 2007 Atlantic Branch of P.P.Shirshov Institute of Oceanology of the Russian Academy of Sciences, Prospect mira, 1, RF Kaliningrad. Tel. +8(4012) ; abio@atlas.baltnet.ru Ávairias jûrose ir vandenynuose esanèias ribas bei jø zonas tyrë daugelis specialistø. Be nuo seno þinomø ribø tarp vandens ir sausumos, vandens ir atmosferos, buvo nustatytos ávairios ribos paèioje vandenynø vandens masëje. Jos daþniausiai susijusios su staigia fiziniø ir cheminiø vandens savybiø, kuriø geografinë padëtis vandenyne iðlieka beveik nepakitusi, kaita. Jos buvo pavadintos poliarinio fronto, subarktinio fronto, subtropinës konvergencijos ir pan. pavadinimais. Skiriami trys tokiø ribø tipai: hidrologinis frontas, skiriantis ðiltus ir ðaltus vandenis; ekvatoriaus

2 48 frontas, skiriantis vandenis, turinèius skirtingà Koriolio parametro þenklà; druskingumo ðuolio (haloklinos) ir tankio ðuolio (piknoklinos) sluoksniai, skiriantys skirtingo druskingumo ir tankio vandenis. Ðuolio sluoksnis tai riba (barjeras), skirianti beveik vienodos temperatûros nuo 10 iki 100 m storio virðutinio vandens sluoksná nuo giluminiø vandenø. Iðaiðkinti vandenynuose vykstantys fiziniai cheminiai ir biologiniai reiðkiniai susijæ su ribinëmis sàlygomis sàveikaujanèiomis skirtingomis aplinkomis ir medþiagos fazëmis. Svarbiausios jø, leidþianèios suvokti Pasaulinio vandenyno struktûrà ir jo kaitos dësningumus, yra aplinkas skirianèios veikliosios makroskopinës ir mikroskopinës vandenynø ribos. Neþiûrint á ribas sudaranèiø aplinkø skirtingà mastà, joms bûdingas vienas dësningumas aktyvûs sàveikos procesai sutelkti ploname tarpsluoksnyje, kur vyksta intensyvi medþiagos ir energijos kaita, paspartinanti biologinës apykaitos procesus bei labai suintensyvinanti mikroorganizmø veiklà. Á veikliàsias vandenynø ribas galima þiûrëti kaip á hierarchinæ sistemà, kur kiekviename lygyje kartojasi tie patys procesai, pradedant atominiais, taèiau kiekvienam kitam sistemos lygiui bûdingi ir saviti aplinkø sàveikos procesai. Tai susijæ su skirtingais medþiagos pernaðos ir jos transformacijos mechanizmais skirtinguose hierarchiniuose lygiuose: mikroskopiniame elektronø ir jonø kaita, molekulinë difuzija, koaguliacija, adsorbcija ir kt.; makroskopiniame turbulentinë difuzija, vandens masës ir neðmenø pernaða, biogeocenoziø metabolizmas ir kt. Geocheminiø barjerø samprata Veikliosios vandenynø ribos Makroskopinës: atmosfera-vanduo, vanduo-dugnas, vanduo-ledas, minëti hidrofrontai ir kt. Mikroskopinës: vanduo-neðmenys, vanduo-nuosëdø dalelës, vanduo-mikroorganizmai ir kt. Veikliosios jûrø ir vandenynø ribos suformuoja ypatingas sàlygas ávairiems reiðkiniams susidaryti. Tarp jø reikëtø iðskirti geocheminius barjerus, kur nedideliu atstumu vienø cheminiø elementø migracijos proceso intensyvumas sumaþëja, jie kaupiasi dugno nuosëdose ir dël to padidëja jø koncentracija, kitø atvirkðèiai migracijos intensyvumas padidëja, o jø koncentracija sumaþëja, jie ið barjero zonos yra iðneðami. 1 paveiksle pavaizduotos trys geleþies, fosforo ir mangano naudingøjø iðkasenø rûðiø susidarymo stadijos (transgresijos, regresijos, transgresijos ir/ar palaidotos rûdos susidarymo), kuriø metu susidaro pseudooolitinës geleþies (Fe) ir karbonatinës mangano (Mn) rûdos bei fosforitai, naudojami tràðø gamybai. Barjero riba laikomas atstumas nuo jo centrinës dalies iki vietos, kur medþiagos koncentraci- 1 pav. Geleþies pseudooolitø ir fosforitø vandenyno ðelfe (Vakarø Afrika) ir karbonatinës mangano rûdos (ties naftos platforma Baltijos jûroje) trys susidarymo stadijos (Emelyanov, 1998, 2005): I transgresinë, II regresinë, III transgresinë (palaidotas rûdos klodas). Fig. 1. Three stages of formation of pseudooolithic iron ores (Fe) and phosphorites (P) on the ocean shelf carbonate manganese ores (Mn). (Emelyanov, 1998, 2005): I transgressive, II regressive, III transgresive (or a stage of the burial of the ore layer).

3 49 2 pav. Svarbiausios barjerinës zonos vandenyne, nuosëdø ir cheminiø elementø persiskirstymas ir kaupimasis dugne (Emelyanov, 1982, 1998). Horizontalios barjerinës zonos: I hidrofrontas arba barjero tarp upës ir jûros zona; II priekrantës apvelingo zona; III poþeminio vandens povandeniniai ðaltiniai; IV barjerinë zona tarp hidrotermos ir jûros vandens; V kranto ir jûros barjero zona; VI riba, ties kuria klastinæ medþiagà keièia molingos nuosëdos. Vertikalios barjerinës zonos: 1 vandenynas atmosfera (arba virðutinis mikrosluoksnis); 2 fotosintezës sluoksnis; 3 ðuolio sluoksnis; 4 deguonies minimumo sluoksnis (DMS); 5 lizoklina; 6 karbonatø kompensavimo gylis (KKG) (CaCO 3 atveju); 7 barjerinë zona tarp vandens ir dugno; 8 redukcijos ir oksidacijos barjeras vandens sluoksnyje (O 2 H 2 S); 9 redukcijos ir oksidacijos (Eh) barjeras dumbluose (èia redukuotas nuosëdas keièia oksiduotos nuosëdos); 10 druskingumo barjeras (zona tarp upës ir jûros vandens). Specialieji legendos simboliai (11-23): 11 klastinës nuosëdos (smëlis, aleuritas); 12 terigeninis dumblas; 13 pelaginis raudonasis molis; 14 biogeninës karbonatinës nuosëdos; 15 susisluoksniavæ oksiduoti (raudonasis molis) ir redukuoti (terigeninis) dumblai pelaginëje vandenyno srityje; 16 sluoksnis tarp lizoklinos ir karbonatø kompensavimo gylio (KKG); 17 sluoksnis þemiau KKG; 18 deguonies iðnykimo ir H 2 S atsiradimo lygis vandens sluoksniuose; 19 organinio detrito lietus ; 20 biogeninio karbonatinio detrito lietus ; 21 apvelingas; 22 eolinës medþiagos prietaka; 23 drumstas priedugnis (nefeloidø sluoksnis); 24 Fe-Mn konkrecijos. Fig. 2. The most important barrier zones in the ocean and the processes of the redistribution and accumulation of sedimentary material and chemical elements on the bottom. According to E.M. Emelyanov (1982) with additions. Horizontal barrier zones: I hydrofront or river-sea barrier zone; II near-shore upwelling front; III front of divergences; IV ice-water zone (not shown in the figure); V underwater springs of groundwaters; VI hydrotherm-seawater barrier zone; VII shore-sea barrier zone (1st, 2nd and 3rd mechanical zones); VIII border where clastic sediments change into clay sediments (3rd mechanical zone). Vertical barrier zones: 1 ocean-atmosphere (or upper microlayer); 2 photic layer; 3 discontinuity layer (halocline, pycnocline); 4 oxygen minimum layer (OML); 5 start of lysocline; 6 Carbonate Compensation Depth (CCD) (for CaCO 3 ); 7 water-bottom barrier zone; 8 redox barrier in the water strata (O 2 H 2 S layer); 9 redox (Eh) barrier in muds (layer where reduced sediments change into oxidized ones); 10 salinity barrier (river-sea zone). Legend shown by special symbols 11-23: 11 clastic sediments (sand, aleurites); 12 terrigenous mud; 13 pelagic red clay; 14 biogenic calcareous sediments; 15 interlayering of the oxidized (red clay) and reduced (terrigenous) muds in the pelagic area of the ocean; 16 the layer between the lysocline and the CCD; 17 the layer below the CCD; 18 the layer of O 2 disappearance and H 2 S appearance in the water strata; 19 rain of organic detritus, (soft particles of organisms); 20 rain of biogenic colcareous detritus; 21 upwelling; 22 flux of aaeolian material; 23 near-bottom turbidity layer (nepheloid layer); 24 FMNs. t Barjerø zonos jûrose ir vandenynuose dar maþai iðtirti reiðkiniai. Tai suprantama, nes tyrimai jûrose bei vandenynuose ir sudëtingi, ir brangûs. Tad jie dar tik formuojasi á naujà tyrimø kryptá, kurià galima bûtø pavadinti litologine geochemine vandenyno limologija. t Limologija (limes riba) gali bûti aiðkinama kaip mokslas apie mus supanèioje aplinkoje egzistuojanèias ávairios kilmës ribas ir jose vykstanèius procesus. t Straipsnio pradþioje pateikto epigrafo autoriaus A. Baricco þodþiais tariant, Ten, kur gamta sukuria savo ribas, gimsta ypatingi vaizdiniai. Kaip ribø sukurti vaizdiniai atrodo jûrose ir vandenynuose, E.Jemeljanovas yra apraðæs publikacijose (Emelyanov, 1982, 1998; Emelyanov ir kt., 1989; Emelyanov, 2005) ir kvieèia pakeliauti sudëtingais medþiagos migracijos keliais pasaulinio vandenyno platybëse.

4 50 ja sumaþëja %, lyginant su centrine barjero dalimi. Daþnai nedideliu atstumu ar ploname sluoksnyje susidaro ne vienas, o keli barjerai. Tokie plotai vadinami geocheminëmis barjerø zonomis. Svarbiausiø horizontaliø ir vertikaliø geocheminiø barjerø zonø vieta vandenyno pjûvyje nurodyta 2 pav. Geocheminë barjero zona tai natûrali riba (sluoksnis, juosta), nuo kurios á abi puses egzistuoja savitos hidrodinaminës, fizinës cheminës ir geocheminës bei mikrobiologinës sedimentacijos (nuosëdø klostymosi) sàlygos, lemianèios staigià cheminiø elementø ir jø asociacijø migracijos formø, intensyvumo bei koncentracijos kaità. Makro- ir mikroelementø koncentracijos vandenyje bei santykinë koncentracija (procentais) neðmenyse ir nuosëdose abipus barjero zonos daþniausiai kinta daugiau nei 2-10, kai kada net kartø. Taigi svarbiausi kriterijai, kuriais vadovaujantis iðskiriamos geocheminiø barjerø zonos, yra staigi cheminiø elementø absoliuèios ir santykinës koncentracijos bei jø migracijos formø kaita. Geocheminës barjerø zonos tai aplinkos sàlygø vientisumo staigi kaita horizontalia ir/ar vertikalia kryptimis. Svarbiausiu kiekybiniu geocheminiø barjerø zonø rodikliu yra medþiagos koncentracijos gradientas G = (m 1 m 2 )/L), èia m 1, m 2 elemento koncentracija ar/ir fiziniai aplinkos rodikliai (ph, Eh ir kt.) prieð barjerà ir uþ barjero; L barjero plotis, m. Skirtingai nuo sausumoje susidariusiø geocheminiø barjerø, kur medþiaga daþniausiai atneðama ið vienos pusës, jûrose ir vandenynuose medþiagos srautas barjero link neretai juda Vartojami terminai Medþiagos migracija medþiagos Þemës plutoje perneðimas ið vienos vietos á kità, veikiant ávairiems gamtiniams fiziniams ir cheminiams procesams bei jëgoms vandeniui, vëjui, gravitacijai, difuzijai ir kt. Haloklina, termoklina, piknoklina vandenyno vandens masës sluoksniai, kuriuose einant gilyn ðuoliðkai kinta druskingumas, temperatûra ir vandens tankis. Lizoklina vandens masës sluoksnis, skiriantis gerai iðlikusiø ir gerokai aptirpusiø karbonatiniø mikrofosilijø kompleksus, arba gylis, nuo kurio prasideda gana ryðkus nuosëdø karbonatingumo sumaþëjimas. Apvelingas kylanèios giluminio vandens srovës, vandens masiø perneðimas ið gilumos á vandenyno pavirðiø. Abisalinë zona giliausios vandenyno vietos, kur gylis siekia daugiau kaip 4000 m. Pelaginis jûrinis, priklausantis jûrai ar vandenynui (pavyzdþiui, pelaginës nuosëdos, pelaginiai organizmai). ið abiejø pusiø: ið vienos pusës neðami vieni elementai ar jø formos, ið kitos kiti elementai ar jø formos. Todël geocheminiø barjerø zonose daþnai stebimos skirtingo þenklo anomalijos (t.y. gerokai padidëjæ ar sumaþëjæ medþiagos kiekiai ar junginiø formos). Ilgas cheminiø elementø migracijos kelias Jeigu mintimis pasektume tolimame hidrologinio baseino kampelyje uolienos ar mineralo daleliø, pasiruoðusiø migruoti tûkstanèius kilometrø nuo sausumos kalnuotø srièiø iki jûrø ir vandenynø centriniø daliø, kelià, tai jø likimas bûtø labai skirtingas.vienos jø, pasiekusios pelagines sritis, nusëda ir tampa vandens baseino dugno nuosëdø dalimi. Kitos, pasiekusios jûros ar vandenyno pavirðiø, skæsdamos praeina daugybæ barjerø patenka á gyvøjø organizmø medþiagø apykaitos sistemà, ið dalies iðtirpsta, prarasdamos vienus ir ágydamos kitø atomø ar molekuliø. Taèiau galutinis jø tikslas pasiekti vandens baseino dugnà ir nusëdus ðalia kitø tokiø pat daleliø formuoti dugno nuosëdø sluoksná. Tai sudëtingas kelias. Mintyse mes já galime ásivaizduoti, taèiau ar já galima pavaizduoti akivaizdþiai? Kol kas nëra tokiø schemø ir diagramø, kurios leistø vaizdais paaiðkinti visus sudëtingus fizinius ir cheminius procesus, vykstanèius jûrose ir vandenynuose. Taèiau tikëkimës, kad greitai bus sukurti modeliai blokinës diagramos, kuriose ávairiais þenklais ir spalvomis bus parodyti visi jau þinomi barjerai ir barjerø zonos, ir tai, kas bus iðaiðkinta ateityje. Vandenyno vandens masæ galima ásivaizduoti kaip trimatá kûnà. Taèiau kalbant apie barjerø modelius bûtø patogu, kad vandens masë taptø lyg ir nematoma. Tuomet modelyje iðryðkëja juostø pavidalo barjerinës zonos, kurios vaizduojamos ávairiomis spalvomis, pavyzdþiui: fotosintezës zona ir visa aplinka, susijusi su gyvosios vandenyno masës generavimu, þymima þalia spalva ir jos atspalviais; visos ribos, susijusios su druskingumo kaita ir fiziniais bei cheminiais barjerais, mëlyna spalva; procesai, susijæ su vulkanizmu, raudona spalva ir pan. Modelyje matoma vandenyno dalis barjerinës zonos vaizduojama tik trimatëje erdvëje, o linijos, juostos ir zonos sudarytø nervingà apytakinæ pulsuojanèià sistemà, kuri vienoje vietoje iðsilenkia, kitoje iðsipleèia ir kinta laike sustiprëdama ar susilpnëdama. Visa vandens masë tarp tokio pulsuojanèio karkaso yra lyg ir pasyvus fonas. Taèiau ir jame, kaip ir barjerinëse zonose,

5 atsiranda daleliø, kurios, nesilaikydamos barjeriniø zonø principø, keièiasi atomais ar molekulëmis ir ágauna fizinæ cheminæ pusiausvyrà. Stebëtina, kad tokiø daleliø yra nesuskaièiuojama daugybë ir kad tie blykstelëjimai niekuomet nesibaigia, nes tai yra pasekmë tø reiðkiniø, kurie vyksta atmosferoje ir yra susijæ su Saulës radiacija bei kitais kosminiais reiðkiniais. Barjeriniø zonø naudingosios iðkasenos Minëto 3D hipotetinio modelio blokinëje schemoje auksine spalva galima iðskirti ðvieèianèias mineraliniø þaliavø naudingøjø iðkasenø sankaupas, susidaranèias jûrø ir vandenynø dugne barjerø vietose (ar arti jø), ir juodai raudonas aptariamos pulsuojanèios sistemos juostas jûrø ir vandenynø opø vietas, kurios susidaro dël tarðos lengvabûdiðkos, o gal ir nusikalstamos þmonijos veiklos aplinkos, konkreèiai, pasaulinio vandenyno atþvilgiu. Nëra abejonës, kad realizavæ toká dabar dar tik mintyse ámanomà modelá mokslininkai tuo neapsiribos. Iðsiaiðkinæ dabartiniø vandenynø barjerø ir jø zonø susidarymo dësningumus, jie pradës rekonstruoti vandenynø sedimentacijos procesus bei aiðkintis analogiðkø zonø susidarymo galimybes prieð daugelá milijonø metø. Ðis darbas ið dalies jau pradëtas, taèiau tokios apimties rekonstrukcijø, apie kurias kalbama ðiame straipsnyje, galima tikëtis tik ateityje. Tarp daugybës ávairiausios prigimties gamtiniø ribø ir barjerø, susijusiø su skirtingais materijos organizacijos lygiais nuo maþiausios koloidinës dalelytës iki làstelës ir iki stambiø ekosistemø bei globaliø Þemës sferø ribø, pakankamai argumentuotai pasisekë nustatyti tik dalá tokiø barjerø, pereinant per kuriuos staigiai kinta medþiagos sudëtis ir jos migracijos formos. Mokslininkø pastangos nustatyti bendruosius gamtiniø barjerø susidarymo dësningumus ir ypatumus, juos sistematizuoti ir parengti atitinkamas klasifikacijas, pagrásti paribiø efektø tyrimo metodikas ir metodologijas atvertø plaèias galimybes, kurios leistø prognozuoti vandenynuose vykstanèiø procesø geochemines ir ekologines pasekmes, mineraliniø ir biologiniø resursø sankaupas, tarðos ir savivalos vietas, rekreacijai palankias teritorijas. Knygoje Barjerø zonos vandenyne ( Barrier zones in the Ocean, Emelyanov, 2005) pasekmës susietos su prieþastimi: sànaðynø susidarymas su mechaniniais barjerais; angliavandeniliø (naftos) ir geleþies pseudooolitiniø rûdø sankaupos su geocheminiø barjerø <upë-jûra> zonomis; fosforitø susidarymas su 51 priekrantës apvelingo frontu; geleþies mangano konkrecijos jûrø ðelfo zonose su haloklina ir piknoklina; geleþies mangano konkrecijø susidarymas atviroje jûroje ar vandenyne su hidrofrontu; kobalto mangano plutelës susidarymas ant povandeniniø kalnø ðlaitø vandenyne su deguonies minimumo sluoksniu; karbonatinës oksidinës mangano nikelio rûdos susidarymas su redukcijos barjeru, atsirandanèiu tarp O 2 -H 2 S zonø vandenyje (3 pav.); geleþies mangano rûdos susidarymas su nuosëdø sluoksnyje esanèiu oksidinës-redukcinës ar tik redukcinës (Eh) geocheminës aplinkos barjeru; geleþies mangano konkrecijø susidarymas atviroje jûroje su gilumine karbonatine kompensacija. Be to, knygoje aptarti barjerai, kuriuose susidaro sideritas (FeCO 3 ), taip pat sluoksniuota barjerø sistema, susijusi su hidroterminiais ðaltiniais, kuriø aplinkoje susidaro sulfidinës vario, cinko ir kitø metalø rûdos, daþnai turtingos tauriøjø metalø. Rûdiniø þaliavø susidarymo sàlygos ir jø paieðkos kriterijai t Pseudooolito (ðamozito-hidrogiotito) geleþies rûda susidaro drëgminëje klimatinëje srityje, pirmiausia ekvatoriaus zonoje: ðelfo ribose, vandenyne arti upiø þioèiø, ðelfo nuogulø facijose, hidrodinaminëse gaudyklëse atvirame vandenyne ar álankose (pirminës ðamozito nuosëdos), taip pat pirminiø geleþingø hidrogiotito nuosëdø perplovimo zonoje. t Geleþies mangano konkrecijos susidaro sausrinëje klimatinëje srityje: gyliuose, kurie konkrecijø susidarymo metu yra artimi kritiniam CaCO 3 gyliui (daþniausiai 4,7-5,5 km); vandenynø vietose, gerokai nutolusiose nuo kontinentø, kur stiprios priedugnio srovës, o susidarant konkrecijoms nuosëdø kaupimasis vyksta labai silpnai; vietose, kur ilgà laikà nesiklostë nuosëdos. t Pirminë karbonatinë mangano rûda daþniausiai susidaro sekliose pusiau uþdarose ádaubose, kuriose periodiðkai susidarydavo redukcinë aplinka ir sieros vandenilio dujos. t Oksidinei karbonatinei mangano rûdai susidaryti palankiausios sàlygos ten, kur susisiekia dvi hidrogeocheminës aplinkos oksidacinë, vykstant Fe ir Mn intensyviai prietakai á baseinà, ir periodiðkai susidaranti redukcinë aplinka. Be to, ði rûda gali susidaryti, kai sedimentacijos proceso metu transgresijà keièia regresija arba kai klimatas yra artimas normaliam drëgminiam klimatui. t Fosforitø daþniausiai randama trijose situacijose: pirminiø fosforitø vidurinëje ðelfo dalyje, apvelingo zonoje; antriniø perklostytø fosforitø ties ðelfo briauna; ant povandeniniø kalnø virðûniø.

6 52 3 pav. Geocheminiai procesai vandenyno deguonies minimumo sluoksnyje (DMS) (Emelyanov, 1982, 1998): 1 bazaltai; 2 nuosëdos; 3 DMS (O 2 koncentracija 0,5-0,2 ml/l, kartais 1,0-0,5 ml/l); 4 DMS vidurys (O 2 < 0,2 ml/l, kartais anaerobinës sàlygos); 5 fosforitø susidarymas ir nuosëdø praturtinimas fosfatais diagenezës metu; 6 geleþies sulfidai; 7 glaukonitas; 8 vivianitas; 9 baritas; 10 magnio karbonatai (?); 11 perklostyti fosforitai; 12 Fe-Mn plutelës kalnø ðlaituose; 13 tas pat, veikiant hidrotermoms (H); 14 hidrotermos; 15 apvelingas (U); 16 elementø kaitos kryptis; 17 ðvieþios biogeninës medþiagos srautas (gumuliukai, foraminiferos, pteropodai, kokolitai, diatominiai dumbliai, silikoflageliatai ir kt.) ið fotosintezës ir haloklinos zonos; 18 Fe ir Mn oksidø susidarymas; 19 geleþingos hidroterminës nuosëdos; 20 galimas sulfidø susidarymas hidroterminëse nuosëdose; 21 plyðiai. VP vertikalus profilis, atspindintis dispersinio (M nd ) ir iðtirpusio mangano (Mn iðt ) pasiskirstymà jûrø vandenyje: I redukuoto dumblo facija virðutinëje kontinentinio ðlaito dalyje apvelingo zonoje (profilio deðinëje), II tas pat, uþ apvelingo zonos ribø (profilio kairëje); coll koloidai; GBZ geocheminio barjero zona; DMS deguonies minimumo sluoksnis. 3 paveiksle pavaizduoti procesai, vykstantys vandenyno deguonies minimumo sluoksnyje (DMS) ir formuojantys savità geocheminiø barjerø zonà. Vertikaliame vandenyno pjûvyje matyti dispersinio (Mn d ) ir iðtirpusio (Mn iðt ) mangano pasiskirstymo tendencija didëjant gyliui, taip pat redukuoto dumblo facijoms bûdingi cheminiai elementai bei junginiai, kurie kaupiasi virðutinëje kontinentinio ðlaito dalyje apvelingo zonoje (þr. deðinëje pjûvio pusëje) ir uþ apvelingo zonos ribø (þr. kairëje pjûvio pusëje). Mineraliniø þaliavø sankaupø prognozavimo galimybës Aiðkinantis dabartiniø þiniø lygyje mineraliniø þaliavø susidarymo jûrose ir vandenynuose aplinkybes, galima kalbëti tik apie jø kaupimosi geocheminiø barjerø aplinkoje prognozavimà, nelieèiant naudingøjø iðkasenø telkiniø susidarymo Fig. 3. Processes in GBZ OML in ocean: 1 basalts; 2 sediments; 3 OML with concentrations of O 2 = ml/l (sometimes ml/l); 4 central part of OML with <0.2 ml/l of O 2 (or sometimes under anaerobic conditions); 5 formation of phosphorites and enrichment of sediments by phosphates during diagenetic processes; 6 iron sulfides; 7 glauconite; 8 vivianite; 9 barite; 10 magnesium carbonates (?); 11 phosphorites redeposited; 12 ferromanganese crusts on mountain slopes; 13 same, but under influence of hydrotherms (H); 14 hydrotherms (H); 15 upwelling (U); 16 direction of elemental exchange; 17 flux of fresh biogenic material (pellets, foraminifera, pteropods, coccoliths, diatoms, silicoflagellates and others) from photic layer and from halocline; 18 Fe- and Mn oxide formation; 19 ferruginous hydrothermal deposits; 20 possible formation of sulfides in hydrothermal deposits; 21 fractures. VP vertical profile, which shows a tendency to particulate (Mn p ) and dissolved (Mn dis ) manganese distribution in sea water: I facies of reduced mud in upper part of continental slope in upwelling zone; II same, but outside upwelling zone. Coll colloidal. GBZ geochemical barrier zone; OML oxygen minimum layer. klausimø. Prognozuojant akvatorijose rûdinius laukus ir sluoksnius, pirmiausia bûtina atlikti jø kaupimosi laikotarpio sàlygø paleorekonstrukcijà. Prie tokiø rekonstruojamø sàlygø priskiriama: paleohidrodinaminë ir paleohidrocheminë aplinka; geomorfologiniai ir tektoniniai dugno ypatumai; prognozuojamojo rûdingo lauko padëtis kranto, ðelfo, þemyninio ðlaito, vandenyno vidurio okeaninio kalnagûbrio ar vulkano konuso atþvilgiu. Bûtina atsiþvelgti ir á paleoklimatines sàlygas. Jau buvo minëta, kad vandenyne stebimas ne tik horizontalusis platuminis, bet ir vertikalusis giluminis neðmenø (pakibusiø daleliø) ir cheminiø elementø pasiskirstymas vandens masëje bei autogeniniø mineralø ir rûdø dugno nuosëdose. Fosforitai, pseudooolitinës geleþies rûdos, kriauklëklintis, statybinis smëlis, sànaðynai tipiðki ðelfo dariniai, klintis ir mergelis vidutinio ir didelio gylio, kokkolitas (kreidos) ir molingas mergelis didelio gylio, pelaginis (raudonas)

7 53 4 pav. Oksidinës karbonatinës mangano (Mn) rûdos formavimosi modelis (Emelyanov, 2005): 1 organinis detritas; 2 srovë; 3 epizodinës jûrø srovës su deguonies intruzijomis; 4 diagenetinës Fe-Mn konkrecijos; 5 oksidinës Mn-Fe plutelës; 6 rodochrozitas (MnCO 3 ); 7 geleþies sulfidas (FeS); 8 organinë medþiaga (OM); 9 aktyvios hidrodinaminës zonos, kuriose formuojasi aukðtos energijos facijos. molis labai didelio (abisalinio) gylio dariniai. Dabartiniuose vandenynuose galima iðskirti tris geleþies mangano rûdø kaupimosi batimetrinius lygius ir su jais susijusias rûdø kaupimosi vietas: ðelfe, kur kaupiasi hidrogiotitas, ðamozitas ir karbonatinis manganas; vidutinio gylio, kur susidaro kobalto mangano plutelë; pelaginá, kur formuojasi geleþies mangano konkrecijos. Daþniausiai dabartinëse nuosëdose randamos hidroterminës-nuosëdinës kilmës rûdos uþima tarpinæ padëtá, jos susidaro tarp vidutinio ir pelaginio gyliø. Kalbant apie rûdø susidarymà jûrose ir vandenynuose, bûtina paþymëti vertikaliøjø barjerø batimetriniø lygiø ir geocheminiø barjeriniø zonø svarbà. Tai itin svarbu tiriant rûdø susidarymà I ðelfo lygyje (4 pav.). Transgresijos metu ðelfo zonoje kaupiasi nuosëdos, kurios yra tik ðiek tiek praturtintos rûdiniais komponentais (Emelyanov et al., 1989). Regresijos metu vyksta nuosëdø, susidariusiø transgresijos metu, apdorojimas ið jø iðneðamos smulkios nerûdiniø medþiagø dalelës ir dël to nuosëdose padidëja rûdiniø komponentø koncentracija. Átakos rûdingumo Fig. 4. Model of the formation of the oxic carbonate Mn ores (Emelyanov, 2005): 1 organic detritus, 2 current, 3 episodical current (intrusion of O 2 ), 4 diagenetic Fe- Mn nodules, 5 oxic Mn-Fe ores (crust), 6 MnCO 3 (rhodochosite), 6 FeS, 7 OM (organic matter), 8 HEF (high energy facies). formavimuisi turi ir vertikalûs deguonies minimumo sluoksnio, lizoklinos ir kitø barjerø svyravimai. Apibendrinus sukauptas þinias apie ávairiø barjerø reikðmæ rûdiniø þaliavø susidarymui, galima daryti kai kurias iðvadas. Mineraliniø þaliavø paieðkos vandenyne metodika turi bûti kryptinga, pagrásta jø formavimosi ir slûgsojimo sàlygomis. Taèiau bet kokiu atveju galioja du bendri reikalavimai: pirma, bûtina atlikti facinæ analizæ, antra, bûtinas paieðkø regiono litologinis geocheminis rajonavimas tø nuosëdø, kuriø sluoksniuose tikimasi aptikti mineraliniø þaliavø sankaupø. Baigiamosios pastabos Litologiniø barjerø, ties kuriais jûrose ir vandenynuose vyksta þenklûs rûdiniø medþiagø migracijos pokyèiai, tyrimai vienas svarbiø geologijos mokslo uþdaviniø. Sukauptos þinios ir rûdingumo formavimosi modelio suvokimas leidþia geologams taikyti paieðkiniø kriterijø kompleksà, kad mineraliniø þaliavø jûrose ir vandenynuose prognozavimas neapsiribotø tik naudingøjø

8 54 iðkasenø sankaupø vietø nustatymu, bet ir padëtø iðaiðkinti optimalias rûdø formavimosi geologinës aplinkos sàlygas. Nauja mineraliniø þaliavø sankaupø geocheminiø barjerø zonose prognozavimo tikslinës paskirties samprata reikalauja ir naujos pagrástos prognozavimo metodologijos, kurios esminis principas prognozavimas turi remtis ne vien tiesioginiais rûdingø medþiagø poþymiais, bet ir kriterijais, liudijanèiais apie optimalias mineralinës þaliavos susidarymo galimybes. Litologiniø geocheminiø barjerø, sudaranèiø vienà ið mus supanèios aplinkos natûraliø (gamtiniø) ribø klasæ, tyrimai yra seniai egzistuojanèio limologijos mokslo dalis. Vienas svarbiausiø vandenyno limologijos uþdaviniø jø barjerinës infrastruktûros sàsajø su mineraliniø þaliavø geneze iðaiðkinimas. Norint sëkmingai iðspræsti ðá uþdaviná, bûtina vadovautis sisteminiais metodologiniais principais taikant fizikinio ir matematinio modeliavimo metodus. Literatûra Ñòðàõîâ, Í.Ì. Ïðîáëåìû ãåîõèìèè ñîâðåìåííîãî îêåàíñêîãî ëèòîãåíåçà. Ì., ñ. Ïåðåëüìàí, À.È. Ãåîõèìèÿ. Ì., ñ. Åìåëüÿíîâ, Å.Ì. Ñåäèìåíòîãåíåç â áàññåéíå Àòëàíòè åñêîãî îêåàíà/ Ïîä ðåä. À.Ï.Ëèñèöûíà. Ì., ñ. Åìåëüÿíîâ, Å.Ì. Áàðüåðíûå çîíû â îêåàíå // Îñàäêî- è ðóäîîáðàçîâàíèå, ãåîýêîëîãèÿ. Êàëèíèíãðàä, ñ. Emelyanov, E.M. Barrier zones in the ocean. Berlin, Heidelberg New York: Springer, p. Åìåëüÿíîâ, Å.Ì., Òðèìîíèñ, Ý.Ñ., Õàðèí, Ã.Ñ. Ïàëåîîêåàíîëîãèÿ Àòëàíòè åñêîãî îêåàíà. Ë., ñ. Summary Significance of Boundaries and Geochemical Barriers for Marine Geology Considering the processes of sedimentogenesis and ore-formation the scientists paid attention to various boundary zones in the ocean where the processes of matter supply, transformation and redeposition occur more actively. These boundary zones affect greatly the quantities and composition of the material suspended in water (suspended matter) as well as the bottom sediments. The idea of geochemical barriers (GB) and boundary zones applied to the oceans as seen by the author is that these zones represent areas (or layers) of water or sedimentary strata in the seas and oceans where within a limited distance a sharp drop in migration intensity of certain chemical elements takes place (and consequently a drop in their concentration) and an increase of others. The proposed research deals with creating and developing of a new scientific branch lithologic-geochemical limology of the ocean. Limology, as implied by the word «limes» meaning «boundary», is defined as a science studying the system of boundaries and divisions of various nature in the environment (Emelyanov, 2005). The reader, together with the author, has traced the migration of a particle and covered thousands of miles from mountains at the borders of the catchment basin to the pelagic areas of the ocean where the particle settled on the seafloor and became a part of the bottom sediment. Other particles began their journey to the oceanic depths from the surface of the ocean. In its descent, the particle encountered many obstacles and barriers along the way. At these barriers, the particle was transformed: it passed through the stomach of a living organism and was partially dissolved, losing certain atoms and molecules while acquiring others. It, however, invariably moved toward its destination the seafloor, where it joined other particles and became a part of what we call bottom sediment or sedimentary rock. This is an extremely complicated route. We understand it in our minds, but could it be represented visually? In the future a block diagram could be created that would visually represent the processes occurring in the ocean. The diagram would also indicate deposits of mineral resources formed on the seafloor by barriers and barrier zones (or near them). Black-andred stripes would indicate areas where the nervous and circulatory systems are destroyed by detrimental human activity. Having studied the ocean model, scientists can proceed further. When the features and criteria (indicators) of barriers and barrier zones in the ocean have been defined, scientists will be able to restore the oceans of the past (the framework of barrier zones). This work has already been started, but combined research can be carried out in the future.