Аутигенные минералы железа в речных отложениях Восточного Донбасса

Abstract

Актуальность работы. Восточный Донбасс – территория на западе Ростовской области, где на протяжении многих десятков лет в процессе разработки угольных месторождений и последующей ликвидации нерентабельных шахт мощному техногенному воздействию подвергались все компоненты окружающей среды, но особенно речные системы. Важнейшей составляющей последних являются, как известно, донные отложения, которые несут информацию о степени загрязнения водной среды, об экологическом состоянии обширных водосборных площадей, об условиях седиментации, характере и направленности постседиментационных, в первую очередь диагенетических процессов. Цель исследований.Изучение аутигенных минералов железа в речных отложениях Восточного Донбасса, оценка влияния техногенного фактора в диагенетическом минералообразовании. Методы исследований. Изучение ассоциации аутигенных минералов железа выполнено методами электронно-зондовых исследований на растровом электронном микроскопе VEGA II LMU с системой энергодисперсионного микроанализа. Результаты исследований. Аутигенные минералы железа представлены в донных отложениях гидроксидами (ферригидритом) и оксидами (магнетитом) железа, реже сульфидами (пиритом) и карбонатами (сидеритом). Они образуются в существенно пелитовых илах, обогащенных современным органическим веществом, и являются членами одного минералогического ряда. Наблюдаемая ассоциация аутигенных минералов железа формируется при совокупном влиянии природных и антропогенных факторов. Среди последних важную роль играют техногенные шахтные воды – основной источник железа, сульфатов и других компонентов в речных отложениях. Формирование аутигенных минералов железа происходит в нестабильных физико-химических условиях, что характерно для раннего этапа диагенеза. Об этом свидетельствуют: присутствие в ассоциации аутигенных минералов наряду с оксидами и гидроксидами железа сульфидов и железосодержащих карбонатов; рентгеноаморфное состояние минеральных масс, наличие псевдоморфоз, отсутствие четко выраженной структуры кристаллов, свидетельствующее о незавершённости процессов минералообразования в донных осадках. Подчеркнуто, что на раннем этапе диагенеза изученных речных отложений наиболее предпочтительным с энергетической точки зрения является формирование из гидроксидов железа магнетита. Именно «магнетитовая реакция» начинается раньше, протекает быстрее и с меньшими затратами органического вещества, чем «сидеритовая» и тем более «пиритовая». Relevance. Eastern Donbass is a territory in the western part of the Rostov region, where all environmental components , but especially river systems were subjected to heavy technogenic impact for many decades in the process of developing coal deposits and the subsequent liquidation of unprofitable mines. As it is known, the most important component of the river systems river sediments, which carry information about the pollution degree of the aquatic environment, the ecological state of entire catchment areas, the sedimentation conditions, the nature and direction of post-sedimentation processes, primarily diagenetic ones. Aim. Investigation of authigenic iron minerals in river sediments of the Eastern Donbass, assessment of the technogenic factor effect on diagenetic mineral formation. Methods. The study of the authigenic iron minerals assemblage have carried out using electron probe methods on a scanning electron microscope VEGA II LMU with an energy dispersive microanalysis system. Results. Authigenic iron minerals are represented in river sediments by iron hydroxides (ferrihydrite) and oxides (magnetite), and, less frequently, sulfides (pyrite) and carbonates (siderite). They are formed in essentially pelitic silts enriched in organic matter of modern origin, and these minerals are members of the same mineralogical series. The observed authigenic iron minerals assemblage is produced under the combined influence of natural and anthropogenic factors. Among the latter technogenic mine waters play an important role as the main source of iron, sulfates and other components in river sediments. The formation of authigenic iron minerals occurs under unstable physicochemical conditions, which is typical for the early stage of diagenesis. This is evidenced by the presence of authigenic minerals (iron oxides and hydroxides along with sulfides and ferruginous carbonates) in mineral assemblage, X-ray amorphous state of mineral masses, the presence of pseudomorphs, the absence of a clearly defined crystal structure indicating the incompleteness of mineral formation processes in river sediments. It is emphasized that the magnetitite formation from iron hydroxides is most preferable from the energetic point of view at the early stage of diagenesis of the river sediments studied. It is the “magnetite reaction” that starts earlier, proceeds faster and requires less organic matter than the “siderite” and even more so “pyrite” reaction.