Фосфатные отложения

Фосфаты в небольших количествах присутствуют в почвах, водах рек, озер и морей. Основная масса этого материала находится в постоянном обращении и потребляется растениями и в гораздо больших количествах — животными. В обычном цикле фосфора значительная его часть возвращается в неорганическое состояние в результате разложения экскрементов или умерших организмов, следующий цикл начинается заново. Мелкие кристаллы апатита, широко распространенные в кристаллических породах, несомненно, представляют собой первичный источник, поставляющий фосфор для живых организмов в результате постоянно действующих процессов выветривания. С другой стороны, фосфор удаляется из сферы жизнедеятельности организмов в результате захоронения органических остатков с образованием фосфатных отложений.
Минералогия осадочных фосфоритов очень сложна в основном из-за того, что фосфаты редко представлены окристаллизованными минералами и большинство отложений представляет собой смесь аморфного фосфата с обломочным и известковистым веществом. Крупные морские залежи фосфоритов состоят в основном из фосфатов кальция, причем в некоторых случаях нельзя четко определить состав соединений фосфата. Состав одних фосфатных пород приближается к составу коллофана Ca3(PO4)2*H2O; в других фосфатных отложениях неизменно присутствует фтор, что приближает их к составу фторапатита Ca5(PO4)3F. По-видимому, в некоторых фосфоритах присутствует сложный карбонат и фосфат кальция в виде минерала даллита 4Са3(РО4)2*2СаСО3*Н2О с содержанием фтора до 1%. Карбонат-гидроксилапатиты, содержащие более 1 % фтора, называются франколитами. В гуано входит большое число минералов, в частности фосфаты кальция, магния и аммония. Состав некоторых континентальных залежей фосфатов, образованных при диагенезе таких глиноземистых пород, как глины, бокситы, или алюмосиликатных изверженных пород приближается к составу фосфатов алюминия, например варисцита AlPO4*2Н2О. Вивианит Fe3(PO4)2*8H2O часто встречается в пресноводных залежах болотных лимонитовых руд или в связанных с ними торфах и глинах.
В некоторых залежах, таких, как костеносные слои и современные скопления гуано, легко распознается первоначальная форма фосфата, однако в большинстве проявлений фосфаты подверглись перераспределению и своей современной формой обязаны диагенетическим процессам. Обычные фосфатные минералы с большим трудом осаждаются непосредственно из морской воды.
Фосфоритовые желваки. В свежеотложенных осадках фосфаты при диагенезе проявляют большую подвижность, выделяются в промежутках между зернами и концентрируются в виде фосфоритовых желваков. В большинстве этих желваков фосфаты пропитывают первичный осадок, так что нефосфатная часть желваков может быть представлена глиной, известковым илом или глауконитсодержащим песком в зависимости от состава вмещающих отложений. Цвет желваков обычно серый, бурый или черный, строение землистое.
На подводных гребнях и склонах у Калифорнийского побережья встречаются фосфоритовые желваки и плиты до одного метра длиной и весом до 70 кг. Такие участки накопления фосфоритовых желваков, как, например, западные прибрежья Южной Африки и Южной Америки, повсюду характеризуются низкими скоростями отложения осадков и окислительными условиями. Кроме того, в этих участках холодные течения (с температурой воды около 12—16°С), богатые фосфатными ионами, поднимаются из океанических глубин, растекаются поверх прилегающих шельфов и смешиваются с более теплыми (около 15— 20°С) водами. Почти все отложения фосфоритовых желваков находятся на глубинах от 30 до 300 м, где ассоциируются с окислами марганца и глауконитом. Многие фосфатные минералы по свойствам определяются, как коллофан, хотя в больших количествах встречаются также франколит и даллит.
Известно, что в современных условиях морского дна возможно образование фосфоритовых желваков, однако накоплены доказательства того, что многие из залежей образовались путем фосфатизации морских донных осадков в течение эоценовой, плиомиоценовой и плейстоценовой регрессии моря. Поэтому характер распределения желваков на современном дне океанов может отражать как современные, так и древние процессы фосфоритообразования. Часть древних желваков могла быть пере-отложена при более поздних колебаниях уровня моря.
В фанерозойских толщах часто встречаются пласты диагенетических фосфоритовых желваков; хорошими примерами таких залежей являются пласты желваков в верхнемеловых отложениях на северо-западе Европы. В основании мергельных пластов и на поверхностях несогласия в верхнемеловых породах часто присутствуют желваки фосфорита, который замещал карбонаты; для этих желваков характерно зональное строение, проявляющееся благодаря разнице в окраске зон (разные оттенки бурого цвета). Такое строение желваков заставляет предполагать несколько стадий фосфатизации, причем перерывы в образовании фосфорита были связаны с частичным осушением морского дна.
Слоистые фосфориты. Многие фанерозойские фосфоритовые отложения имеют местный характер или отражают осадконакопление при образовании разных формаций, например известняков или глинистых сланцев. Однако в некоторых районах фосфоритовые отложения развиты очень широко и являются самостоятельными морскими формациями, покрывающими значительные площади. В таких фосфоритах содержится более 18% Р2О5. Верхнемеловая — эоценовая фосфоритовая формация простирается через Северную Африку от Мавритании до Сирии; фосфориты накапливались на границе шельфа, окаймлявшего глубоководные участки моря Тетис, находившегося севернее, примерно в районе Средиземного моря. Подобные крупные толщи фосфоритов находятся в Скалистых горах Северной Америки, где формация Фосфория (пермь) несет признаки отложения в краевой части шельфа на площади в несколько тысяч квадратных километров. В слоях чистых фосфоритов содержится до 80% фосфата; эти фосфориты переслаиваются с темноокрашенными фосфатными глинистыми сланцами, слоистыми кремнистыми породами и изредка с загрязненными известняками. Фосфат почти всегда присутствует в виде фторапатита; фосфориты содержат немного карбоната кальция. Для многих фосфоритовых слоев характерна своеобразная зернистая текстура, которая обычно описывается как пеллетоидная или оолитовая. Предполагают, что эта текстура имеет либо копролитовую, либо оолитовую природу, причем первичный осадок замещался фосфатами из растворов вскоре после его отложения.
Костеносyые слои. Отложения с обильными остатками позвоночных часто бывают обогащены фосфатами, а различимые в них рыбья чешуя или кости обычно представляют собой зародыши, на которых нарастал фосфат кальция с образованием желваков. Примеры таких залежей известны на некоторых участках распространения рэтского костяного (Bone, Bed) слоя в юго-западной Англии и в силурийском лудловском костяном слое Уэльского бордленда (рис. 13.1).

Фосфоритовые галечники. Эти галечники образуются в результате перемыва желваковых фосфоритов или эрозии слоистых фосфоритов (рис. 13.2).
В некоторых случаях гальки подвергаются лишь слабой абразии, однако чаще всего они претерпевают продолжительный перемыв и в результате истирания приобретают сферическую или эллипсоидальную форму.
Галечниковые фосфориты Флориды представляют собой именно такие отложения; они образовались при концентрации более древних фосфоритов, переотложенных в речных галечниках на паводковых равнинах и речных террасах современных рек. Фосфоритовые гальки, встречающиеся в некоторых третичных слоях Мэриленда в США, первоначально были сложены кальцитом, но на раннедиагенетической стадии эти гальки частично заместились коллофаном.
Слои фосфоритовых галечников с округлыми обломками землистого фосфорита весьма характерны для некоторых юрских и нижнемеловых толщ Великобритании, они почти неизменно связаны с локальными размывами и перерывами в осадконакоплении.

Гуано. Залежи гуано образуются на скалистых островах, часто посещаемых морскими птицами, причем наибольшие скопления обнаружены в зонах с постоянными сухими ветрами, например на островах Вест Индии и восточной части Тихого океана. Первоначально гуано представляет собой сложную смесь фосфатов, нитратов и карбонатов с различными органическими соединениями. После отложения гуано подвергается медленным диагенетическим изменениям, включая потерю растворимых, летучих и окисляющихся веществ и концентрацию трифосфата кальция. Выщелачивающиеся растворимые фосфаты переносятся вниз и постепенно замещают подстилающие осадочные или изверженные породы.