Более десяти лет нами ведутся исследования по изучению бокситообразования в связи с магматогенно - гидротермальными системами, пространственно и генетически связанными с базальтоидным вулканизмом островодужного типа в зоне с умеренным и холодным климатом. Значительное внимание уделяется расшифровке механизма взаимосвязи геохимических, гидрохимических и физико-химических факторов бокситизации и выяснению условий возникновения генетических рядов бокситов. Это стало возможно после обнаружения в 1980 г. протобокситового вещества на термальных полях Кихпинычского долгоживущего вулканического центра (КДВЦ) и на фумарольных площадках новых Толбачинских вулканов.

1 . Кихпинычский долгоживущий вулканический центр. На КДВЦ таких полей три: два - в кратере вулкана Старый Кихпиныч, сложенного высокоглиноземистыми базальтами (до 21,5 % Al₂O₃) и их туфами, и одно - на восточном склоне этого вулкана. Четвертое поле, где обнаружены глиноземистые осадки (ГО), находится на расстоянии нескольких км от подножия вулкана, это истоки р. Мутной - зона смешения кислых (pH<3) вод ручья Кислого, берущего начало в кратере вулкана Старый Кихпиныч и субщелочных (pH>7) вод р. Светлой, берущей начало со склонов вулкана Молодой Кихпиныч.

Глиноземистые хемогенные осадки, обнаруженные нами на термальных полях КДВЦ с 1980 по 1997 г., свидетельствуют о протекании в кратерной зоне вулкана Старый Кихпиныч и в истоках р. Мутной процессов образования протобокситового вещества. На этом вулкане обнаружено большое разнообразие парагенетических ассоциаций глиноземистых осадков, связанных с гидротермальной деятельностью.

Глиноземистые осадки на КДВЦ образуются при следующих условиях: 1 - в зонах смешения кислых и субщелочных водотоков (дебит последних должен быть существенно больше, чем кислых); 2 - в зонах, где происходит обогащение воды воздухом (водопады, зоны турбулентных завихрений около крупных глыб или при контакте двух водотоков, имеющих разные скорости) и кислородом. Необходимыми условиями образования глиноземистых осадков является также разница в температурах водотоков (>5^оС) и высокое содержание ионов Al³⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ в каком-либо из водотоков, т.к. “высокое содержание в воде ионов Ca и Mg препятствует образованию каолинита из аморфных Al-Si гелей и благодаря этому обеспечивается вынос кремнезема” [Д. Бардошши, 1981]. В зоне смешения при близкой концентрации ионов Al³⁺ и OH^- (в г-ион/л) образуется алюмогель и карбонаты (при соблюдении вышеуказанных условий); если же концентрация Al³⁺ > OH ^-, то одновременно с алюмогелем в осадке появляется алунит. Затрудняет осаждение глиноземистых осадков слишком большая скорость водотоков в зоне смешения. Высокое содержание в воде иона SO₄^-2 замедляет превращение алюмогеля в гиббсит и позволяет алюмогелю находиться в воде в неравновесных условиях.

На Южном поле, существующем не менее 19 лет, образование ГО в 1980 - 1982 г. происходило в результате ступенчатого разбавления кислых (pH<3) вод субщелочными с pH 6,5-8. На первой ступени разбавления в 1980-1981 гг. образовывались алуниты, которые при поступлении новой порции субщелочной воды исчезали и осадок имел состав бокситов. Важным условием для сохранения осадка in sytu во времени является наличие ловушек: ниш, западин, а также перекрытие глиноземистого осадка железистым. В осадках 1982 и 1997 гг. сульфаты отсутствовали и осадки имели химический состав бокситов (таблица 1, образцы 1023, 1023в, 1501б, 1536, 1538-1539). На Восточном поле образование ГО (см. табл.1, образец 825) происходило на карбонатной подложке (как в карстовых бокситах). В истоках р. Мутной интенсивное образование ГО наблюдалось в 1982 г. (табл. 1, образец 1047 в₂), в 1997 г. в осадках основным минералом являлся каолинит, кроме того присутствовал сидерогель и небольшое количество карбонатов.

Таблица 1

Сравнение химического состава современных осадков на вулкане Кихпиныч (Камчатка)
и бокситов Енисейского кряжа (вес.%)

Примечание. ППП - H₂O⁺ + H₂O^- + CO₂. Прочие - MnO+MgO+CaO+ Na₂O+ K₂O+ P₂O₅. Вулкан Кихпиныч: 1-6 - боксит, 7 - Fe боксит, 8 - глинистый боксит (по классификации [Бардошши, 1981]. Месторождения бокситов Енисейского кряжа: 9-10 - Митрофановское (Fe боксит), 11 - Сухое (боксит). Аналитики: Осатрова Т.Г. (1-4), Байцаева Л.Г. (5-8) (Институт вулканологии).

Все глиноземистые осадки первоначально рентгеноаморфны, но 5-7 лет хранения образцов в лаборатории ведут к их частичной окристаллизации. Это показали инфракрасная микроскопия, термические, рентгенофазовые, электронно-микроскопические исследования. Первыми фиксируются такие, характерные для бокситов минералы, как гетит, гиббсит, каолинит, часто - кальцит, иногда скарброит, нордстрандит, байерит. При этом набор диагностируемых различными методами минеральных фаз подтверждает правильность расчетов минерального состава осадков по химическому составу (вес. %) и позволяет выделить шесть типов бокситов [по классификации Д. Бардошши, 1981]. Это - известковистый, железистый, глинистый и алунитсодержащий боксит, глинистая железная руда, железистая глина [Карданова О.Ф., Карпов Г.А., 1999].

Через полгода после отбора образца, имеющего состав боксита, был выполнен терморентген в Ленинградском Государственном Университете на кафедре кристаллографии. В образце кристаллизация вещества началась с 900^оС и шла до 1100^оС, затем - термометрическая съемка при охлаждении. В результате произошло образование муллита и корунда (i- модификация Al₂O₃).

Электронно-микроскопические исследования, проведенные через четыре года после отбора образцов, показали, что большая часть осадка находилась в виде глобуль, почковидных или пластинчатых агрегатов. Размеры отдельных кристаллов гетита и их сростки, имеющие игольчатую или уплощенную по одному из пинакоидов форму, во много раз превосходят пластинчатые агрегаты и отдельные глобули светлых глиноземистых осадков.

Таблица 2

Химический состав отложений БТТИ, обогащенных глиноземом (мас.%)

Примечание. 1-4 и 7-8 – силикатные анализы; 5-6 - кислотные вытяжки (50:HNO₃).

Прочерк означает, что компонент не определялся. Аналитики: В.В. Дунин-Барковская, Г.Ф. Князева, Н.А. Перетолчина (Институт вулканологии ДВО РАН).

Расчеты по программе “Селектор” (с использованием в расчетах данных по составу реально существующих составов воды и осадка) позволили определить границы, в которых образуется и существует осадок, имеющий состав бокситов, и влияние различных факторов на этот процесс.

2. Новые Толбачинские вулканы. По материалам слежения за фумарольной деятельностью Новых Толбачинских вулканов, образовавшихся в ходе Большого трещинного Толбачинского извержения (БТТИ, Камчатка 1975-1976 гг.), обнаружено устойчивое образование отложений, обогащенных алюминием, с тенденцией на расширение со временем ареала распространения. Отложения формируются на проницаемых для вулканических газов площадках, сложенных большей частью шлаково-пепловым субстратом. Скопления имеют интенсивный желто-оранжевый, желто-бурый (“рыжий”) цвет, что делает их очень заметными на темной поверхности вулканитов. Формирование исследуемых отложений отмечается нами на БТТИ с 1976 года. Например, в пределах кратерной зоны Первого конуса по данным химических исследований отложения с повышенной концентрацией алюминия впервые были обнаружены на юго-восточном внутреннем склоне конуса (юго-восточное фумарольное поле). К 1995 г. площадь распространения этих отложений расширилась в пределах восточного и юго-восточного бортов конуса на 5-10 м , местами до 20 м вниз от кромки кратера по внешнему склону (фрагментами по внутреннему склону) на протяжении 200-250 м, в условиях температур не более 50° С.

Исследование основных черт и особенностей химизма современных вулканогенных отложений с алюминиевой специализацией показало, что на фумарольных площадках БТТИ образуется сходное (в химическом отношении) с бокситами вещество, которое мы по рекомендации одного из авторов (Г.А. Карпова) в дальнейшем будем именовать протобокситовым веществом (таблица 2). При этом, по результатам минералогических исследований, на фумарольных площадках БТТИ образуется не только аморфное протобокситовое вещество, но и минеральное соединение состава Al₂(OH)₅Cl.2H₂O, утвержденное КНМ ММА в статусе нового минерала под названием лесюкит [Вергасова Л.П. и др., 1997]. Факт обнаружения протобокситового вещества свидетельствует о том, что на вулканах современных извержений под влиянием фумарольных процессов, пространственно и генетически связанных с базальтоидным вулканизмом, существуют условия, благоприятные для природного разделения кремния и алюминия с последующей фиксацией последнего.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, проект N 97-05-65035

Литература

1. Бардошши Д. Карстовые бокситы. М.: Мир, 1981. 454 с.
2. Большое трещинное Толбачинское извержение. Камчатка, 1975-1976. М.: Наука, 1984. С. 341-356.
3. Вергасова Л.П., Степанова Е.Л., Серафимова Е.К., Филатов С.К. Лесюкит Al₂(OH)₅Cl.2H₂O - новый минерал вулканических эксгаляций. - ЗВМО, 1997. N 2. С.104-110.
4. Карданова О.Ф., Карпов Г.А. Условия образования и типы парагенетических ассоциаций глиноземистых осадков Кихпинычского долгоживущего вулканического центра (Камчатка). - Вулканология и сейсмология. 1999 (в печати).
5. Лизалек Н.А., Романова Э.Е., Ковалев А.Н., Козлов Г.В., Дивина Т.А., Матухина В.Г. Енисейский кряж /Коры выветривания Сибири. М.: Недра, 1979. С. 158-197.