ISSN:
1437-3262
Source:
Springer Online Journal Archives 1860-2000
Topics:
Geosciences
Description / Table of Contents:
Abstract The ferromanganese precipitates existing in deep-sea waters of the Pacific consist of two types of deposits: (1) nodules mainly are distributed in pelagic basins beneath the CCD (Calcite Compensation Depth) where the rate of sedimentation is low; (2) polymetallic encrustations are formed on exposed seamount rocks where currents prevent normal sediment accumulation. Nodules, being formed in areas bordering the equatorial zone of high biological productivity, grow by two different processes: (A) early diagenetic growth by supply of metals and metal compounds from pore water and (B) hydrogenetic growth by supply of colloidal particles from near-bottom seawater. These processes lead to different kinds of oxide and different metal contents. The diagenetic growth process takes place under oxidizing to suboxidizing conditions and is supplied by an ionic solution of Mn2+ and other divalent metal ions. The mobilization of Mn is caused by the decomposition of organic matter. The growth features of the early diagenetic nodules show alternating laminae of crystalline and amorphous material. These rhythmic sequences of different microlayers are explained by physico-chemical changes (variation of pH) in the microenvironment of the accreting nodule surface. The hydrogenetic crust growth on seamounts leads to ferromanganese precipitates which are in particular rich in Co. The Co concentration is inversely related to the water depth. Co is positively correlated to Mn which can be derived from the oxygen minimum zone. Contrary to the diagenetic nodule growth, the crust accretion is also a colloidal precipitation process. In the water column below the oxygen minimum zone, a mixture of particles of Mn-Fe-oxyhydroxide and silicate accrete together on the surface of substratum rocks. Surface chemical mechanisms control the enrichment of Ni, Co, Pb, and other metals from the seawater; for Pt, a coprecipitation with MnO2 caused by a redox reaction is proposed. Distinct oceanographical and geological conditions enable or promote, respectively, the ferromanganese crust formation on seamounts.
Abstract:
Résumé Les formations métallifères de Fe et Mn de la région abyssale du Pacifique appartiennent aux deux types suivants: (1) des nodules qui se trouvent surtout dans les bassins pélagiques à sédimentation réduite, au-dessous de la profondeur de compensation de la calcite (CCD); (2) des croûtes polymétalliques, qui se forment la surface rocheuse des reliefs sous-marins dans des endroits oû les courants marins empèchent une sédimentation normale. Deux processus différents conduisent à la formation des nodules près de la zone équatoriale à production biologique élevée: (A) une croissance diagénétique précoce, nourrie par des métaux et composés métalliques provenant des eaux intersticielles et (B) une croissance hydrogénétique par apport de particules colloidales amenées par l'eau du fond de la mer. Ces processus sont responsables de la diversité de composition de la fraction oxydée et du contenu métallique. La croissance diagénétique a lieu dans des conditions oxydantes à sub-oxydantes et est alimentée par des solutions ioniques de Mn2+ et d'autres métaux bivalents. La mobilisation du Mn est causée par la décomposition de la matière organique. La microstructure des nodules de diagenèse précoce montre une alternance de couche cristallines et amorphes. Cette disposition rythmique des microcouches peut être expliquée par des changements physicochimiques (variations du ph) du micromilieu qui entoure les nodules. Les croûtes métallifères formées sur les reliefs sous-marins par croissance hydrogénétique sont particulièrement riches en cobalt. Leur teneur en Co est en raison inverse de la profondeur. Co et Mn montrent une corrélation positive; Mn provient de la zône à minimum d'oxygène. Contrairement à la formation diagénétique des nodules, celle des croûtes métallifères est un processus de précipitation colloidale. Dans les eaux situées sous la zône à minimum d'oxygène, un mélange de particules d'hydroxydes de Fe-Mn et de silicates s'agglomère à la surface des roches du substratum. Des mécanismes chimiques de surface contrôlent l'extraction hors de l'eau et l'enrichissement en Ni, Co, Pb et autres métaux. En ce qui concerne le Pb, une co-précipitation avec MnO2, provoquée par une oxydoréduction, est proposée. Certaines conditions océanographiques et géologiques permettent ou favorisent la formation des croûtes métallifères sur les reliefs sous-marins.
Notes:
Zusammenfassung Die im Tiefsee-Bereich des Pazifiks verbreiteten FeMn-Erzbildungen bestehen aus zwei Arten von Ablagerungen: (1) Manganknollen, die vor allem in pelagischen Sedimentbecken mit sehr niedriger Ablagerungsrate unterhalb der CCD (Kalzit-Kompensations-Tiefe) vorkommen; (2) polymetallische Erzkrusten, welche sich auf Substratgesteinen von submarinen Gebirgen bilden, wo Meeresströmungen eine normale Sedimentation verhindern. Manganknollen, die im Übergangsbereich zur äquatorialen Zone hoher Bioproduktivität wachsen, entstehen aufgrund von zwei verschiedenen Ausfällungsvorgängen: (A) frühdiagenetisches Wachstum durch Versorgung mit Metallen bzw. Metallverbindungen vom Porenwasser und (B) hydrogenetisches Wachstum durch Versorgung mit kolloidalen Teilchen vom bodennahen Meerwasser. Diese Prozesse führen zu verschiedenen Arten von Oxidsubstanz und unterschiedlichen Metallgehalten. Der diagenetische Wachstumsprozeß findet unter oxidierenden bis schwach oxidierenden Bedingungen statt und wird durch ionare Lösungen von Mn2+ und anderen zweiwertigen Metallen versorgt. Die Wachstumsgefüge der frühdiagenetischen Knollen zeigen einen alternierenden Wechsel von kristallinen und amorphen Erzlagen. Diese rhythmische Anordnung von verschieden zusammengesetzten Mikrobereichen kann durch physiko-chemische Veränderungen (Variation des pH-Wertes) im Mikromilieu der Knollenoberfläche erklärt werden. Das hydrogenetische Wachstum der Erzkrusten auf submarinen Hängen führt zu Fe-Mn-Ausfällungen, die besonders Co-reich sind. Der Gehalt an Co nimmt mit abnehmender Wassertiefe zu. Co und Mn sind positiv korreliert; die Herkunft von Mn kann aus der O2-Minimumzone abgeleitet werden. Im Gegensatz zum diagenetischen Knollenwachstum ist die Erzkrustenanlagerung auch ein kolloidchemischer Prozeß. In der Wassersäule unterhalb der O2-Minimumzone fällt auf den Oberflächen von Substratgesteinen eine Mischung von MnFe-Oxidhydrat und Silikatpartikeln gemeinsam aus. Oberflächenchemische Ausfällungsvorgänge kontrollieren die Anreicherung von Ni, Co, Pb und anderen Metallen aus der Wassersäule; für Pt wird eine Fällung mit MnO2, verursacht durch eine Redoxreaktion, diskutiert. Bestimmte ozeanographische und geologische Bedingungen ermöglichen bzw. fördern die Bildung der Erzkrusten auf den submarinen Bergen.
Type of Medium:
Electronic Resource
URL:
http://dx.doi.org/10.1007/BF01770191
