New mineralogical and geochemical features of the ore ferromanganese deposits of the Izu-Bonin and Mariana island arcs

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Рұқсат ақылы немесе тек жазылушылар үшін

Аннотация

Some features of the ferromanganese deposits of the Izu-Bonin and Mariana Island arcs tested in the 1st (1977) and 5th (1978) flights of the R/V Volcanologist are considered. Two types of genetic deposits have been identified – hydrogenic and low-temperature hydrothermal. The main ore minerals of hydrogenic ferromanganese deposits are poorly crystallized structures with a low degree of ordering Fe-vernadite and Mn-feroxygite, with a smaller amount of goethite and bernessite. Low-temperature hydrothermal deposits consist either primarily of bernessite, as well as vernadite and goethite, or of hematite, goethite and feroxygite. Hydrogenic ferromanganese deposits of the Izu-Bonin and Mariana Island arcs are characterized by a Mn/Fe ratio of 0.84–1.36, for low-temperature hydrothermal deposits of the Izu-Bonin arc it is 6.13–13.9. It was found that the content of Co, Ni and Cu is significantly higher in the crusts of the Mariana arc compared with the crusts of the Izu-Bonin arc. The contents of the remaining cations of heavy and rare metals – Pb, Cd, Ba, Sr and others – in the crusts of both arcs are close to each other. The content of most rare earth metal cations in the hydrogenic deposits of the Izu-Bonin and Mariana arcs is comparable to each other. Low-temperature hydrothermal ferromanganese deposits of the Izu-Bonin arc differ significantly from hydrogenic deposits with a low (by 1–2 orders of magnitude) content of cations of non-ferrous, heavy and rare metals. The contents of rare earth metal cations in low-temperature hydrothermal samples of the Izu-Bonin arc are low and range from 0.24 (Tm, Lu) to 32.35 mcg/g (Y). Among all rare earth metal cations, Y, Ce, Nd are present in the largest amounts in these samples. Among all rare earth metal cations, Y, Ce, and Nd are present in the largest amounts in these samples.

Толық мәтін

Рұқсат жабық

Авторлар туралы

G. Novikov

Shirshov Institute of Oceanology of the Russian Academy of Sciences

Email: rashidva@kscnet.ru
Ресей, Nakhimovsky prosp., 36, Moscow, 117997

V. Rashidov

Institute of Volcanology and Seismology FEB RAS

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: rashidva@kscnet.ru
Ресей, bulvar Piipa, 9, Petropavlovsk-Kamchatsky, 683006

O. Bogdanova

Shirshov Institute of Oceanology of the Russian Academy of Sciences

Email: rashidva@kscnet.ru
Ресей, Nakhimovsky prosp., 36, Moscow, 117997

Әдебиет тізімі

  1. Аникеева Л.И., Андреев С.И., Казакова В.Е. и др. Кобальтбогатые руды Мирового океана. СПб.: ВНИИОкеангеология, 2002. 167 с.
  2. Аникеева Л.И., Гавриленко Г.М., Рашидов В.А. и др. Железомарганцевые корки подводного вулканического массива Эдельштейна и подводного вулкана, расположенного к западу от о. Парамушир (Курильская островная дуга) // Вулканология и сейсмология. 2005. № 6. С. 47–60.
  3. Аникеева Л.И., Казакова В.Е., Гавриленко Г.М., Рашидов В.А. Железомарганцевые корковые образования западно-тихоокеанской переходной зоны // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2008. № 1. Вып. 11. С. 10–31.
  4. Батурин Г.Н. Руды океана. М.: Наука, 1993. 303 с.
  5. Батурин Г.Н., Дубинчук В.Т., Рашидов В.А. Особенности распределения микроэлементов в железомарганцевых корках со дна Охотского моря // ДАН. 2011. Т. 440. № 2. С. 213–219.
  6. Батурин Г.Н., Дубинчук В.Т., Рашидов В.А. Железомарганцевые корки Охотского моря // Океанология. 2012. Т. 52. № 1. С. 95–108.
  7. Батурин Г.Н., Дубинчук В.Т., Рашидов В.А. Пузыристая лава со дна Охотского моря // ДАН. 2014. Т. 456. № 2. С. 207–212.
  8. Богданова О.Ю., Горшков А.И., Новиков Г.В., Богданов Ю.А. Минеральный состав морфогенетических типов железо-марганцевых рудных образований Мирового океана // Геология рудных месторождений. 2008. Т. 50. № 6. С. 526–534.
  9. Богданова О.Ю., Демина Л.Л., Новиков Г.В., Сивцов А.В. Низкотемпературные железистые образования – поисковый признак полиметаллических сульфидов гидротермальных полей Атлантического океана // Разведка и охрана недр. 2012. № 3. С. 25–30.
  10. Гавриленко Г.М. Подводная вулканическая и гидротермальная деятельность как источник металлов в железомарганцевых образованиях островных дуг. Владивосток: Дальнаука, 1997. 165 с.
  11. Гавриленко Г.М., Храмов С.В. Железомарганцевые образования на подводных склонах Курильской островной дуги // Вулканология и сейсмология. 1989. № 9. С. 278–284.
  12. Горшков А.П., Абрамов Е.П., Сапожников Е.А. и др. Геологическое строение подводного вулкана Эсмеральда // Вулканология и сейсмология. 1980. № 4. С. 65–78.
  13. Дубинин А.В., Успенская Т.Ю., Гавриленко Г.М., Рашидов В.А. Геохимия и проблемы генезиса железомарганцевых образований островных дуг западной части Тихого океана // Геохимия. 2008. № 10. С. 1280–1303.
  14. Мельников М.Е. Месторождения кобальтоносных марганцевых корок. Геленджик: Южморгеология, 2005. 230 с.
  15. Мельников М.Е. Кобальтоносные железомарганцевые корки // Мировой океан. Т. III. Твердые полезные ископаемые и газовые гидраты в океане. М.: Научный мир, 2018. С. 267–322.
  16. Новиков Г.В. Ионообменные свойства рудных минералов океанских железомарганцевых образований // Мировой океан. Т. III. Твердые полезные ископаемые и газовые гидраты в океане. М.: Научный мир, 2018. С. 355–497.
  17. Рашидов В.А. Геомагнитные исследования при изучении подводных вулканов островных дуг и окраинных морей западной части Тихого океана / Автореф. дисс. … канд. техн. наук. Петропавловск-Камчатский, 2010. 27 с.
  18. Рашидов В.А., Горшков А.П., Иваненко А.Н. Магнитные исследования над подводными вулканами Эсмеральда и Софу // Изучение глубинного строения земной коры и верхней мантии на акваториях морей и океанов электромагнитными методами. М.: ИЗМИРАН, 1981. С. 213–218.
  19. Рашидов В.А., Сапожников Е.А. Геолого-геофизические исследования подводной вулканической группы Софу (Идзу-Бонинская островная дуга) // Вулканология и сейсмология. 2001. № 4. С. 39–47.
  20. Успенская Т.Ю., Горшков А.И., Гавриленко Г.М., Сивцов А.В. Железомарганцевые корки и конкреции Курильской островной дуги: их строение, состав генезис // Литология и полез. ископаемые. 1989. № 4. С. 30–40.
  21. Allen Sh.R., Fiske R.S., Tamura Y. Effects of water depth on pumice formation in submarine domes at Sumisu, Izu-Bonin Arc, Western Pacific // Geology. 2010. V. 38(5). P. 391–394. https://doi.org/10.1130/G30500.1
  22. Bau M., Schmidt K., Koschinsky A., Hein J., Kuhn T., Usui A. Discriminating between different genetic types of marine ferro-manganese crusts and nodules based on rare earth elements and yttrium // Chem. Geol. 2014. V. 381. P. 1–9.
  23. Cronan D.S. Marine Minerals in Exclusive Economic Zones. London: Chapman and Hall, 1992. 209 p.
  24. Gromet L.P., Dymek R.F. et al. “The North American Shale Composite”: Its composition, major, and trace element characteristics // Geochim. Cosmochim. Acta. 1984. V. 48. P. 2469–2482. https://doi.org/10.1016/0016-7037(84)90298-9
  25. Glasby G.P., Iizasa K., Yuasa M., Usui A. Submarine Hydrothermal Mineralization on the Izu–Bonin Arc, South of Japan: An Overview // Marine Georesources and Geotechnology. 2000. V. 18(2). P. 141–176. https://doi.org/10.1080/10641190009353785
  26. Glasby G.P., Chercashov G.A., Gavrilenko G.M., Rashidov V.A., Slovtsov I.B. Submarine hydrothermal activity and mineralization on the Kurile and western Aleutian Island arcs, N.W. Pacific // Mar. Geol. 2006. V. 231. P. 163–180.
  27. Halbach P. Processes controlling the heavy metal distribution in Pacific ferromanganese nodules and crusts // Geol. Resch. 1986. Bd. 75. H. 1. P. 235–247.
  28. Halbach P., Scherhag C., Hebisch V., Marchig V. Geochemical and mineralogical control of different genetic types of deep-sea nodules from the Pacific Ocean // Miner. Deposita. 1981. V. 16. P. 59−84.
  29. Hein J.R., Koschinsky A. Deep-ocean ferromanganese crusts and nodules // Treatise Geochem. 2014. V. 13. P. 273–91.
  30. Hein J.R., Koschinsky A., Halbach P. et al. Iron and manganese oxide mineralization in the Pacific // Manganese mineralization: geochemistry and mineralogy of terrestrial and marine deposits / Eds K. Nicholson, J.R. Hein, B. Bu¨hn, S. Dasgupta // Geol. Soc. Spec. Pub. 1997. V. 119. P. 123–138.
  31. Hein J.R., Koschinsky A., Bau M. et al. Cobalt-rich ferromanganese crusts in the Pacific // Handbook of Marine Mineral Deposits / Ed. D.S. Cronan. Boca Raton, London, N. Y., Washington, D.C.: CRS Press, 2000. P. 239–279.
  32. Hein J.R., Marjorie S., Schulz M.S.et al. Diffuse flow hydrothermal manganese mineralization along the active Mariana and southern Izu-Bonin Arc system, Western Pacific // J. Geophys. Res. 2008. V. 113. B08S14. https://doi.org/10.1029/2007JB005432
  33. de Matos C.S., Benites M., Jovane Li., Ulsen C. Chemical-mineralogical characterization of critical elements into ferromanganese crusts // J. Mater. Res. Technol. 2023. V. 25. P. 5633–5649.
  34. Karandashev V.K., Turanov A.N., Orlova T.A. et al. Use of the inductively coupled plasma mass spectrometry for element analysis of environmental objects // Inorg. Mater. 2008 V. 44. P. 1491–1500.
  35. Knaack D.R., Sullivan K., Brown D.J. et al. Geochemical and mineralogical composition of ferromanganese precipitates from the southern Mariana arc: Evaluation, formation, and implications // Chem. Geol. 2012. V. 568. 120132. 20 p. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2021.120132
  36. Minami H., Tani K. Morphological evidence of an explosive eruption event in October 2023 at Sofu Seamount in the Izu-Bonin Arc // Mar. Geol. 2024. V. 477. 107405. 17 p. https://doi.org/10.1016/j.margeo.2024.107405
  37. Novikov G.V., Sedysheva T.E., Lobus N.V., Bogdanova O. Yu. Cobalt-rich ferromanganese crusts of the Govorov guyot of the Magellan seamounts of the Pacific Ocean: conditions of occurrence, mineralogy, and geochemistry // Oceanology. 2021. V. 61(6). P. 1026–1039. https://doi.org/10.1134/S0001437021060102
  38. Schulz M.N., Hein J.R. Petrography and chemistry of hydrothermal manganese oxyhydroxides from the Mariana and Izy-Bonin volcanic Arc, West Pacific // Open File Report 91-557. U. S. Department of the Interior Geological Survey, 1991. 80 p.
  39. Takahashi Y., Manceau A., Geoffroy N., Marcus M.A., Usui A. Chemical and structural control of the partitioning of Co, Ce, and Pb in marine ferromanganese oxides // Geochim. Cosmochim. Acta. 2007. V. 71. P. 984–1008.
  40. Tsuda R.T., Vroom P.S., Page-Albins K.N., Giuseffi L. Marine Benthic Algae from Seamounts along the Mariana Islands, Western Pacific // Micronesica. 2015. V. 4. P. 1–19.
  41. Usui A., Someya M. Distribution and composition of marine hydrogenetic and hydrothermal manganese deposits in the northwest Pacific // Manganese mineralization: Geochemistry and mineralogy of terrestrial and marine deposits / Eds K. Nicholson, J.R. Hein, B. Buhn, S. Dasgupta // Geol. Soc. Publ. 1997. V. 119. P. 177–198.
  42. Usui A., Yuasa M., Yokata S. et al. Submarine manganese deposits from the Ogasawara (Bonin) Arc, of Japan Islands // Mar. Geol. 1986. V. 73. P. 311–322.
  43. Yamaoka K., Ma L., Hishikawa K. et al. Geochemistry and U-series dating of Holocene and fossil marin hydrothermal manganese deposits from the Izu-Ogasawara arc // Ore Geology Review. 2017. V. 87. P. 114–125. http://dx.doi.org/10.1016/j.ore georev.2016.07.025
  44. Yuasa M. Sofugan tectonic line. A new tectonic boundary separating northern and southern parts of the Ogasawara (Bonin) Arc, northwest Pacific // Formation of Active Ocean Margins / Eds N. Nasu et al. Tokio: TERRAPUB, 1985. P. 483–496.
  45. Yuasa M. Origin of along-arc geologic variations of the volcanic front of the Izu-Ogasawara (Bonin) Arc // Bull. Geol. Surv. Japan. 1992. V. 43(7). P. 457–466.
  46. Yuasa M., Murakami F., Saito E., Watanabe K. Submarine Topography of seamonts on the volcanic front of the Izu-Ogasavara (Bonin) Arc // Bull. Geol. Serv. Japan. 1991. V. 12(12). P. 703–743.
  47. Yuasa M., Nochara M. Petrografhic and geochemical along-arc variations of volcanic rocks on the volcanic front of the Izu-Ogasawara (Bonin) Arc // Bull. Geol. Surv. Japan. 1992. V. 43(7). P. 421–456.
  48. Zhou J., Liu J., Yang S. et al. Microstratigraphic geochemical characteristics of ferromanganese crust from central pacific: Implication for the role of Fe and Mn in REY enrichment // Chem. Geol. 2023. V. 637. 121665. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2023.121665

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу
2. Fig. 1. Location of the study sites (a), Smith Rocks (b) and Sofu Rock (c). Photos from open sources. (a) – 1 – submarine volcano in the area of Smith Rocks, 2 – Sofu underwater volcanic group, 3 – Arakan Reef, 4 – flank ridge of the Pacific part of the Mariana Trench.

Жүктеу (1012KB)
Метадеректер
3. Fig. 2. Ferromanganese deposits of the Izu-Bonin (sample B1-35, B1-52, B1-55) and Mariana (sample B5-15/8, B5-16/3) island arcs.

Жүктеу (616KB)
Метадеректер
4. Fig. 3. Underwater volcano in the Smith Rocks area (a) and the Sofu underwater volcanic group (b).

Жүктеу (420KB)
Метадеректер
5. Fig. 4. Arakan Reef (a) and the sidewall of the Pacific part of the Mariana Trench (b).

Жүктеу (379KB)
Метадеректер
6. Fig. 5. Electron microscopic image (a) and microdiffraction pattern of a particle of weakly crystallized Fe-vernadite (sample B1-35/4) (b); electron microscopic image (c) and microdiffraction pattern of a particle of Mn-feroxyhyte (sample B1-35/4) (d); microdiffraction pattern of a particle of well-crystallized birnessite (sample B1-35/4) (d); microdiffraction pattern of a particle of goethite (sample B1-35/4) (e); electron microscopic image (g) and microdiffraction pattern (h) of a particle of vernadite (sample B1-46/5).

Жүктеу (468KB)
Метадеректер
7. Fig. 6. Distribution of rare earth elements in ferromanganese sediments of different genetic types of the Izu-Bonin and Mariana island arcs, normalized to the corresponding NASC element.

Жүктеу (75KB)
Метадеректер

© Russian academy of sciences, 2025