Исследование влияния биогенного фактора на аккумуляцию редкоземельных элементов в породах томторского комплекса (Якутия)

Проведено исследование образца пород и руд уникального Томторского редкоземельно-ниобиевого месторождения методами сканирующей электронной микроскопии и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии. Ранее высказывались обоснованные предположения, что высокие содержания редкоземельных элементов в рудах Томторского месторождения сформировались в результате жизнедеятельности микроорганизмов и специфических физико-химических условий их обитания. Для подтверждения данной гипотезы проведено бактериально-палеонтологическое исследование породы из гётитового горизонта (инт. 58,0–58,1 м) скважины Г2 (участок Буранный). В результате в породе обнаружены скопления микрофоссильных остатков различных морфологий, концентрирующих редкоземельные элементы. При ведены описания морфологии обнаруженных микрофоссилий, определены как прокариотические, так и эукариотические формы. Исследование показало, что в марганец-железно-оксидной породе концентрирование редкоземельных элементов происходит исключительно в микрофоссильных остатках с замещением органического вещества минералами группы плюмбогуммита при фоссилизации. В изученной породе установлено, что микроорганизмы аккумулировали прежде всего церий и лантан, в меньшей степени — празеодим и неодим, причем качественный состав редкоземельных элементов связан с морфологическим типом фоссилизированных микроорганизмов.

1. Добрецов Н. Л., Жмодик С. М., Лазарева Е. В., Брянская А. В., Пономарчук В. А., Сарыг-оол Б. Ю., Кириченко И. С., Толстов А. В., Карманов Н. С. Структурно-морфологические признаки участия микроорганизмов в фор мировании богатых Nb–REE-руд Томторского месторождения (Россия) // Доклады Российской академии наук. Науки о Земле. 2021. Т. 496, № 2. С. 154–157. https://doi.org/10.31857/S2686739721020055

2. Жегалло Е. А., Розанов А. Ю. Редкоземельно-ниобиевые руды Томтора // Бактериальная палеонтология / под ред. А. Ю. Розанова. М. : РАН, 2021. С. 111–114.

3. Жмур С. И., Кравченко С. М., Розанов А. Ю., Жегалло Е. А. О генезисе редкоземельно-ниобиевых руд Томтора (север Сибирской платформы) // Доклады академии наук. 1994. Т. 336, № 3. С. 372–375.

4. Казак Е. С., Калитина Е. Г., Харитонова Н. А., Челноков Г. А., Еловский Е. В., Брагин И. В. Биосорбция редкоземельных элементов и иттрия в водной среде гетеротрофными бактериями // Вестник Московского университета. Сер. 4. Геология. 2018. № 2. С. 73–80. https://doi.org/10.33623/0579-9406-2018-2-73-80

5. Лазарева Е. В., Жмодик С. М., Добрецов Н. Л., Толстов А. В., Щербов Б. Л., Карманов Н. С., Герасимов Е. Ю., Брянская А. В. Главные рудообразующие минералы аномально богатых руд месторождения Томтор (Арктическая Сибирь) // Геология и геофизика. 2015. Т. 56, № 6. С. 1080– 1115. https://doi.org/10.15372/GiG20150603

6. Лапин А. В., Толстов А. В., Куликова И. М. Особенности распределения лантаноидов, иттрия, скандия и тория в уникальных комплексных редкометалльных рудах месторождения Томтор // Геохимия. 2016. № 12. С. 1104–1121. https://doi.org/10.7868/S0016752516120062

7. Лапин А. В., Толстов А. В., Плошко В. В., Чемизова Л. Н., Сорокина Т. И. Минерагения кор выветривания карбонатитов : метод. рук. М. : ГЕОКАРТ: ГЕОС, 2011. 308 с.

8. Пономарчук В. А., Добрецов Н. Л., Лазарева Е. В., Жмодик С. М., Карманов Н. С., Толстов А. В., Пыряев А. Н. Свидетельства микробиально-индуцированной минерализации в породах Томторского карбонатитового комплекса (Арктическая Сибирь) // Доклады Российской академии наук. Науки о Земле. 2020. Т. 490, № 2. С. 33–38. https://doi.org/10.31857/S2686739720020115

9. Сарыг-оол Б. Ю., Букреева Л. Н., Мягкая И. Н., Толстов А. В., Лазарева Е. В., Жмодик С. М. Влияние химической пробоподготовки на определение высоких содержаний редкоземельных и высокозарядных элементов в геологических образцах методами ИСП-АЭС и ИСП-МС (на примере пород и руд месторождения «Томтор») // Журнал Сибирского федерального университета. Химия. 2020. Т. 13, № 4. С. 593–605. https://doi.org/10.17516/1998-2836-0208

10. Толстов А. В., Тян О. А. Геология и рудоносность массива Томтор. Якутск : ЯНЦ СО РАН, 1999. 163 с.

11. Толстов А. В., Черенков В. Г., Баранов Л. Н. Генезис и возраст рудной толщи Томторского месторождения нио бия и редких земель, cеверо-восток Сибирской платформы // Руды и металлы. 2020. № 4. С. 32–44. https://doi.org/10.47765/0869-5997-2020-10026

12. Энтин А. Р., Зайцев А. И., Ненашев Н. И., Василенко В. Б., Орлов А. Н., Тян О. А., Ольховик Ю. А., Ольштынский С. П., Толстов А. В. О последовательности геологических событий, связанных с внедрением Томторского массива ультраосновных щелочных пород и карбонатитов (Северо-Западная Якутия) // Геология и геофизика. 1990. Т. 12. С. 42–51.

13. Bayliss P., Kolitsch U., Nickel E. H., Pring A. Alunite supergroup: Recommended nomenclature // Mineralogical Magazine. 2010. Vol. 74, no. 5. P. 919–927. https://doi.org/10.1180/minmag.2010.074.5.919

14. Castillo J., Maleke M., Unuofin J., Cebekhulu S., Gómez-Arias A. Microbial recovery of rare earth elements // Environmental technologies to treat rare earth element pollution: Principles and engineering / eds. A. Sinharoy, P. N. L. Lens. London : IWA Publishing, 2022. P. 179–205.

15. Moroz T. N., Edwards H. G. M., Zhmodik S. M. Detection of carbonate, phosphate minerals and cyanobacteria in rock from the Tomtor deposit, Russia, by Raman spectroscopy // Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectro scopy. 2021. Vol. 250. P. 119372. https://doi.org/10.1016/j.saa.2020.119372

16. Takahashi Y., Châtellier X., Hattori K. H., Kato K., Fortin D. Adsorption of rare earth elements onto bacterial cell walls and its implication for REE sorption onto natural microbial mats // Chemical Geology. 2005. Vol. 219, nos. 1–4. P. 53–67. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2005.02.009

17. Takahashi Y., Hirata T., Shimizu H., Ozaki T., Fortin D. A rare earth element signature of bacteria in natural waters? // Chemical Geology. 2007. Vol. 244, nos. 3–4. P. 569–583. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2007.07.005

18. Zhmodik S. M., Lazareva E. A., Zhegallo E. A., Samylina O. S., Zaitseva L. V., Rozanov A. Yu. Microfossils of the niobium and rare-earth ores of the Tomtor deposit (Yakutia) and their biological interpretation // Biology Bulletin. 2024a. Vol. 51. P. S375–S383. https://doi.org/10.1134/S106235902461334X

19. Zhmodik S. M., Rozanov A. Yu., Lazareva E. V., Ivanov P. O., Belyanin D. K., Karmanov N. S., Ponomarchuk V. A., Saryg-ool B. Yu., Zhegallo E. A., Samylina O. S., Moroz T. N. Signatures of the involvement of microorganisms in the formation of nodular monazite (kularite), Republic of Sakha (Yakutia), Russia // Doklady Earth Sciences. 2024b. Vol. 516. P. 995–1003. https://doi.org/10.1134/S1028334X24601494

20. Zhmodik S., Lazareva E., Dobretsov N., Ponomarchuk V., Tolstov A. Mineralogical, geochemical and isotopic (C, O, Sr) features of the unique-grade REE-Nb ores from the Tomtor deposit (Arctic Siberia, Russia) // E3S Web of Conferences. 2019. Vol. 98. P. 12027. https://doi.org/10.1051/e3sconf/20199812027