Гидротермальные системы срединно-океанических хребтов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления

(ФГБОУ ВПО ВСГУТУ)

Кафедра: Технология кожи, меха. Водные ресурсы и товароведение

Дисциплина: Гидрогеология

Реферат

на тему:

"Гидротермальные системы срединно-океанических хребтов"

Выполнил: Павлова Л.Ф.

Проверил: Плюснин А.М.

Улан-Удэ 2013 г

Содержание

Введение

1. Срединно-океанический хребет

1.1 Строение срединно-океанического хребта

2. Гидротермальные системы срединно-океанических хребтов

2.1 Химические процессы в гидротермальных системах океана

2.2 Периодичность проявления гидротермального процесса

2.3 Происхождение рудного вещества в "черных курильщиках"

Заключение

Список используемой литературы

Введение

20 лет назад в океанах были обнаружены участки с активной гидротермальной деятельностью - выходами на поверхность океанического дна горячих рудоносных растворов, формирующих современные месторождения сульфидных руд. Это было, вне всякого сомнения, одно из крупнейших открытий века.

Впервые исследователь получил возможность непосредственно наблюдать образование рудных месторождений с подводных обитаемых аппаратов. Гидротермальные растворы далеко разносят рудное вещество, оседающее на океанское дно, образуя металлоносные осадки, сведения о которых в пределах Восточно-Тихоокеанского поднятия поступили около 100 лет тому назад. В настоящее время эти осадки хорошо изучены в некоторых местах, особенно во впадинах Красного моря.

Вокруг выходов струй гидротермальных растворов, так называемых черных и белых "курильщиков", была обнаружена фауна, приспособившаяся к высоким температурам и необычным условиям обитания. Для геологов было исключительно важно установить, что современные залежи сульфидных руд в океанах имеют аналоги в древних складчатых областях в виде колчеданных месторождений, и таким образом понять их генезис.

1. Срединно-океанический хребет

Одной из важнейших форм рельефа дна Мирового океана являются срединно-океанические хребты (далее СОХ) Северного Ледовитого, Атлантического, Индийского и Тихого океанов. Их цепь протягивается более чем на 60 тыс. км, а общая площадь составляет 62 845 тыс. кв. км, или 17,2% поверхности океанического дна.

Название "срединно-океанический хребет" несколько условно, так как образования этого типа занимают строго медиальное положение только в Атлантического океане и в районе между Австралией и Антарктидой. Их система сдвинута к западу в Индийском океане (Аравийско - и Западно-Индийские хребты) и, наоборот, смещена на восток и приближена к берегам Америки в Тихом океане (хребты Восточно-Тихоокеанский, Горда и Хуан-де-Фука, Западно-Чилийский).

Открытие системы срединно-океанических хребтов в конце 50-х годов, и последующие за этим исследования их морфологии, геологической структуры, геофизических особенностей и связи со строением мантии рассматриваются многими учёными как толчок к "обновлению" геологии, как процесс, сравнимый с тем, который пережили физики в 90-х годах XIX века, и с тем, что наблюдается сейчас в развитии молекулярной биологии.

Срединно-океанические хребты в наиболее типичной форме представлены в Атлантическом и Индийских океанах. Это высокие, приподнятые над уровнем океанического ложа на 3,5 - 4 км, непрерывные, линейные поднятия шириной от 200 - 300 до 1200 - 1300 миль для Срединно-Атлантического хребта и 200 - 400 миль для Аравийско- и Западно-Индийского хребтов. Они представляют собой сложные горные сооружения с резко расчленённой поверхностью, постепенно переходящей через зоны холмистого рельефа к более или менее выровненной поверхности дна котловин (рис.1). Системы гор и разделяющих их долинообразных депрессий вытянуты в соответствии с общим простиранием хребтов и лишь в отдельных случаях располагаются под углом к их оси.

Рисунок 1. Типичные профили срединно-океанических хребтов

1.1 Строение срединно-океанического хребта

В рельефе осевой зоны срединного хребта резко выделяются узкие впадины, ориентированные по оси хребта или под некоторым углом к ней и располагающиеся относительно друг друга кулисообразно, а также узкие и асимметричные по поперечному профилю окаймляющие их гребни или небольшие хребты. Впадины обычно называют рифтовыми долинами, так как полагают, что они представляют собой грабены, образовавшиеся в условиях растяжения земной коры, т. Е. рифты. Соответственно окаймляющие их хребты называют рифтовыми хребтами, а осевую зону в целом - рифтовой зоной.

Рельеф срединно-океанических хребтов осложнён множеством поперечных уступов и долин. Они связаны с разломами, разделяющими хребты на отдельные, часто смещённые один по отношению к другому, сегменты. гидротермальный рудный рифтовый

Существенным элементом рельефа рифтовой зоны срединно океанических хребтов являются крупные, резко очерченные узкие впадины, связанные с зонами поперечных разломов, рассекающих срединные хребты и именуемых трансформными. Узкие впадины в большинстве случаев значительно глубже рифтовых долин. Такие формы рельефа нередки и в пределах ложа океана, так как большинство трансформных разломов продолжается в океанических котловинах, по обе стороны от срединного хребта.

Амплитуда расчленения поверхности хребтов увеличивается с приближением к их осевым частям. Полоса особенно высоких, так называемых рифтовых, гор сопряжена с узкой линейно-вытянутой рифтовой долиной. В Аравийско-Индийском хребте ширина долины на высоте 1000 м от её дна составляет 6 - 20 миль, крутизна склонов от 10 до 40 градусов. Часто они разделяются ступенями на несколько уступов. В ряде случаев дно рифтовой долины располагается глубже прилежащих частей океанического ложа.

Срединно-океанические хребты имеют сравнительно выдержанную форму и геологическое строение. Они гораздо однообразнее, чем, например, горные хребты на суше, потому, что последние образуются в результате комплекса процессов, и находятся на разном эрозионном уровне (рис.3.).

Рисунок 2. Строение срединно-океанического хребта

Срединно-океанические хребты разделяются на быстро-спрединговые и медленно-спрединговые. Для хребтов со скоростью расхождения плит 8--16 см/г характерно отсутствие прогиба в центральной части. Характерный пример такого рифта Восточно-Тихоокеанское поднятие. Профиль рельефа в стороны от хребта этого типа лучше всего описывается формулой

H=0,35 * t0,5,

где H увеличение глубины по сравнению с осью хребта, а t возраст океанической коры. Медленно-спрединговые хребты имеют отчётливую центральную депрессию - рифт глубиной 4000--5000 метров.

Срединно-океанические хребты, как уже упоминалось, отличаются сосредоточением эпицентров землетрясений и вместе с областями альпийской складчатости и современными геосинклинальными областями образуют важнейшие сейсмические пояса Земли. Фокусы землетрясений приурочены к рифтовым зонам и к секущим их разломам. В отличие от центров землетрясений в зонах Бениоффа здесь сейсмические очаги сосредоточены в зонах нормальных сбросов, не проникающих на большую глубину. Распространение центров землетрясений на глубину лишь нескольких десятков километров может рассматриваться как косвенный признак того, что астеносфера под срединными хребтами находится в состоянии, близком к жидкому или пластичному.

По средней плотности энергии землетрясений срединно-океанические хребты заметно уступают геосинклинальным областям (переходным зонам). Так, в областях Курило-Камчатской, Японской, Тонга энергия землетрясений от 14-1017 до 18-1010 Дж/км 2, а на Восточно-тихоокеанском поднятии - 0,5-1010 Дж/км 2. Однако она несравненно больше, чем плотность энергии на океанических плитах, которые практически асейсмичны. Изучение микро землетрясений при помощи донных сейсмографов показало, что число регистрируемых сейсмических толчков в рифтовых зонах срединно-океанических хребтов сравнимо с числом аналогичных по энергии землетрясений в наиболее сейсмоактивных районах материков. Очаги их оказались также приповерхностными (глубина залегания не более нескольких километров).

Срединно-океаническим хребтам присущ современный и недавний вулканизм. Действующих вулканов в пределах планетарной системы срединно-океанических хребтов, по-видимому, немало, но известны преимущественно те, которые находятся на океанических островах - вершинах срединно-океанических хребтов. На Восточно-тихоокеанском поднятии, по-видимому, в историческое время вулканы действовали на островах Пасхи и Клиппертон, а также на ответвлении восточно-тихоокеанского поднятия, на котором расположены Галапагосские острова. Главный из них - остров Изабелла - массив из пяти слившихся щитовых базальтовых вулканов с крупными кратерами, очень похожих на Гавайские. В настоящее время гавайские вулканы продолжают действовать. В Индийском океане известны два острова с недавно действовавшими вулканами - Амстердам (900 м) и Сен-Поль.

Рисунок 3. Срединно-океанические хребты на земном шаре и возраст образованного ими дна (красным цветом обозначены самые молодые участки дна, произведённые хребтами; далее жёлтые, зелёные и самые старые - обозначены синим. Возраст этих участков доходит до 180 миллионов лет, а самым древним, как например дно Средиземного моря, 280 миллионов лет)

2. Гидротермальные системы срединно-океанических хребтов

Гидротермальные источники срединно-океанических хребтов - действующие на дне океанов многочисленные источники, приуроченные к осевым частям срединно-океанических хребтов. Из них в океаны, под высоким давлением в сотни атм., поступает высокоминерализованная горячая вода. Представляют собой трубообразные постройки естественного происхождения, достигающие высоты в десятки метров, устойчивость которых обеспечивается сниженным действием силы тяжести под водой.

Они выносят растворённые элементы из океанической коры в океаны, изменяя кору и внося весьма значительный вклад в химический состав океанов. Совместно с циклом генерации океанической коры в океанических хребтах и её рециклирования в мантию, гидротермальное изменение представляет двухэтапную систему переноса элементов между мантией и океанами. Рециклированная в мантию океаническая кора, видимо, ответственна за часть мантийных неоднородностей.

Гидротермальные источники в срединно-океанических хребтах - среда обитания необычных биологических сообществ, получающих энергию из разложения соединений гидротермальных флюидов, что обеспечивает формирование независимых экосистем, основанных на хемосинтезе. Таким образом, в океанической коре находятся самые глубокие части биосферы, достигающие глубины 2 500 метров и более.

Они вносят значительный вклад в тепловой баланс Земли. Под срединными хребтами мантия подходит наиболее близко к поверхности. Морская вода по трещинам проникает в океаническую кору на значительную глубину, вследствие теплопроводности нагревается мантийным теплом, и концентрируется в магматических камерах. Далее, внутреннее давление перегретой воды в камерах приводит к выбросу высокоминерализованных струй из источников на дне.

Их суммарный вклад в тепловой баланс Земли составляет около 20 % от всего выделяемого геотермального тепла - ежегодно чёрные курильщики извергают порядка 3Ч10 тонн высокоминерализованной разогретой до 350 °C воды, и порядка 6Ч10 тонн низкотемпературные источники.

В 1978 году были открыты высокотемпературные гидротермальные постройки - "черные курильщики" на Восточно-Тихоокеанском поднятии и стало ясно, что именно они являются источниками металлоносных осадков (МО). Глубоководное бурение с кораблей "Гломар Челленджер" и "Джоидес Резолюшн" позволило установить присутствие МО в осадочных толщах океанического дна. Экспедиции с применением подводных обитаемых аппаратов позволили детально описать гидротермальные постройки черных и белых "курильщиков", сделать великолепные снимки и фильмы, благодаря которым каждый из нас может наблюдать это природное явление.

Гидротермы известны в океанических рифтах разного типа строения, находящихся как в начальной стадии своего образования, так и в более зрелых, обладающих низкой, средней и высокой скоростью спрединга - расширения океанического дна (рис. 4).

Рисунок 4. Распространение современных гидротермальных построек

Рифтовые зоны океанов - это глубокие ущелья, располагающиеся вдоль осей срединно-океанических хребтов, они представляют собой дивергентные границы литосферных плит. Повышенный тепловой поток в рифтовых зонах связан с многочисленными, неглубоко залегающими магматическими очагами, из которых и происходят излияния базальтовой магмы, наращивающей океаническое дно.

Калифорнийский залив представляет собой самую молодую стадию зарождения океанического рифта, знаменующую собой раскол Северо-Американского континента, начавшийся 5 млн. лет тому назад. За это время новообразованный рифт раскрывался со скоростью 6 см/год, в результате чего он и достиг ширины около 300 км. В 1986 году одна из впадин этого рифта - Гуаймас была детально изучена экспедицией Академии наук СССР на корабле "Академик М. Келдыш".

Гидротермальное поле, исследованное с помощью наблюдений из подводных обитаемых аппаратов, приурочено к осевой, наиболее трещиноватой части дна рифта и состоит из многочисленных конусовидных построек высотой от первых метров до 50-70 м и диаметром в основании до первых сотен метров, но чаще всего в 20-30 м. Морфология конусов различная. Встречаются крутые конусы с острой вершиной; пологие, с башенкой в верхней части; конусы, меняющие свою крутизну, и т.д. На вершине конусов находится сооружение, напоминающее каменную трубу, из отверстия которой вырывается черная взвесь, похожая на клубы густого дыма, поэтому такие образования и назвали "черными курильщиками". У действующих "курильщиков" температура взвеси, выходящей из отверстий труб, достигала 320С.

Иногда вместо конусов с поверхности дна поднимаются вертикальные колонны высотой 10-25 м, на вершине которых находятся одна или несколько труб.

На поверхности башен, колонн и конусов, сложенных шлакоподобным веществом, располагаются, как наросты на березе, бактериальные маты - скопления бактерий, прикрепленных к субстрату, и, кроме того, весьма необычные организмы - вестиментиферы в форме крупных и длинных (1,5-2 м) трубок, белого, красного и зеленого цветов, колышущихся при движении воды как щупальца животного.

Таким образом, гидротермальные постройки на дне океанских рифтов обрастают неповторимым сообществом организмов, приспособившихся к жизни в экстремальных условиях высоких температур и большой концентрации густой взвеси, поступающей из труб на вершинах построек. Подводные съемки позволили увидеть фантастическую картину многочисленных "черных курильщиков", из труб которых клубами поднимается густой "дым" взвеси, а на поверхности труб и конусов видны белоснежные бактериальные маты и бело-красные извивающиеся трубы вестиментифер. Те формы построек, которые видны на поверхности океанического дна, представляют собой лишь небольшую часть гидротермальной системы, находящейся ниже его уровня. Морские воды, проникая по трещинам и разломам формирующейся рифтовой зоны в литифицированные осадки и базальты океанической коры на многие сотни метров, нагреваются и обогащаются химическими, в том числе рудными элементами.

Такие гидротермальные растворы уже активно взаимодействуют с вмещающими породами, изменяя их и превращая в сульфидные руды. Вся эта сложной формы колонна измененных пород превышает во многих случаях 0,5 км, то есть больше Останкинской телевизионной башни, а в ее центре находятся подводящие каналы, по которым циркулируют гидротермальные растворы, выходя на поверхность дна в виде труб "черных курильщиков" (рис. 5).

Рисунок 5. Схема строения "черного курильщика"

Таким способом возникают мощные рудные залежи. Весьма поучительно, что в древних месторождениях медноколчеданных руд, например на Урале (Сибайское месторождение) или на Кипре и Ньюфаундленде, геологи находили окаменелые остатки вестиментифер и калиптоген. Но только после обнаружения современных "черных курильщиков" стало ясно, в каких условиях формировались медноколчеданные месторождения геологического прошлого.

2.1 Химические процессы в гидротермальных системах океана

Благодаря многолетним исследованиям американских и французских ученых (Дж. Эдмонта, К. фон Дамм, Ж. Мишара) химический состав воды "курильщиков" сейчас уже хорошо известен (табл. 1). По изотопному составу водорода и кислорода гидротермальных растворов было доказано, что единственный их источник - это океанская вода, просачивающаяся в трещины пород дна. Однако химический состав воды "курильщиков" существенно отличается от морской вследствие взаимодействия циркулирующей в трещинах воды с породами стенок трещин.

Таблица 1. Химический состав воды "курильщиков"

Данные химических анализов (табл. 1, колонки 3 и 4) показывают, что в большей части исследованных гидротермальных систем главные растворенные компоненты морской воды Cl и Na незначительно меняют свою концентрацию. Взаимодействие с базальтами приводит к практически полному удалению из морской воды Mg (с образованием хлорита и актинолита) и SO4, а также U и Р. При этом первичные минералы базальтов разлагаются, и из них в воду переходят в значительных количествах Са, К, SiO2, Fe, Mn, H2S, CO2, H2 и тяжелые металлы Zn, Cu, а также Pb, Ag, Au, Sb, Sr, CH4 и Не. Поведение К и Li более сложно - при низких температурах они связываются породой (в виде глинистых минералов - смектитов), а при высоких, наоборот, вымываются.

В результате взаимодействия с породой морская вода, имевшая изначально нейтральную окислительную реакцию, преобразуется в кислый восстановительный рудообразующий раствор. Обогащение гидротермальных растворов "курильщиков" рудными металлами представляет наибольший интерес для геологии. Здесь воочию можно наблюдать, что высокотемпературные гидротермальные растворы способны переносить одновременно существенные количества металлов и двухвалентной серы.

Это оказывается возможным за счет того, что в соленых растворах при температурах выше 300њС металлы переносятся в виде комплексных соединений с хлор-ионом (вида), а SII- в молекулярной форме (H2S). Охлаждение таких растворов при излиянии в придонную воду сопровождается разрушением комплексных соединений, и сера тут же связывается с металлами, давая черные "дымы" и сульфидные руды. Температурные пределы устойчивости комплексов у разных металлов различны (Cu > Fe > Zn, Pb), что обусловливает возникновение температурной зональности океанских сульфидных руд (рис. 4).

Судьба серы, поступающей в гидротермальные системы в составе морской воды, до сих пор не до конца понятна. Нагревание морской воды до температур выше 200њС, по данным экспериментов, вызывает осаждение из нее ангидрита (CaSO4). Ангидрит такого происхождения в океанских базальтах долго не удавалось обнаружить - по-видимому, он вновь растворяется при остывании гидротермальных систем.

Только когда океанским бурением были вскрыты недра активных гидротермальных систем (скв. 504В в Коста-Риканском рифте, система Middle Valley на хребте Хуан-де-Фука), ангидрит стали находить в трещинах поднятых кернов горных пород. Вместе с тем общий объем воды, проходящей через гидротермальные системы океана, настолько велик, что это должно было бы вызывать сильное заражение океанской коры серой, чего не наблюдается. Часть морского сульфата может восстанавливаться при реакции с базальтами до Н 2S и затем удаляться через "курильщики", однако изотопный состав сероводорода в "курильщиках" показывает, что "морская" сера составляет в них небольшую часть (10-30%), а преобладает вымытая из пород "магматическая" сера.

При исследовании нескольких гидротермальных систем было обнаружено, что соленость гидротермальных растворов в них существенно (в 2-3 раза) отличается от морской воды как в большую, так и в меньшую сторону (табл. 1, колонки 5 и 6).

Сейчас доказано, что это следствие вскипания гидротермального раствора в недрах гидротермальной системы, сопровождающегося разделением пароводяной смеси на более минерализованный откипевший рассол и пар. Последний при охлаждении дает опресненный конденсат. Существенным оказалось то, что кипение сопровождается заметным обогащением откипевших растворов металлами (табл. 1, колонка 5).

Таким образом, кипение в недрах гидротермальных систем повышает их рудогенерирующий потенциал. До последнего времени считалось, что вскипание гидротермальных растворов вызывает отложение рудных металлов. В гидротермах океана эффект кипения оказался противоположным - металлы вымываются из породы более интенсивно. Уже в самых первых подводных исследованиях было обнаружено деление "курильщиков" на черные и белые. Разница окрасок "дымов" вызвана разным составом взвеси, образующейся при излиянии гидротермальных растворов в толщу придонных вод. У "черных курильщиков" дым состоит из пирротина и аморфного кремнезема с примесью сульфидов Zn и Cu, а у "белых" - из аморфного кремнезема, ангидрита и барита.

"Черным курильщикам" свойственны большие дебиты (несколько кг/с) и высокие температуры (до 350-365њС), тогда как "белые" характеризуются относительно вялой разгрузкой и температурами не выше 330њС. На начальном этапе исследований предполагалось, что причина этого различия - температурные условия в недрах гидротермальной системы, приводящие к разному составу гидротермальных растворов. Однако оказалось, что по макрокомпонентам химического состава растворов черные и белые "курильщики" практически одинаковы.

"Курильщики" обоих типов часто наблюдаются в пределах одной и той же гидротермальной постройки с общим источником питания. Более того, описаны случаи, когда при опробовании с подводного обитаемого аппарата манипулятор отламывал макушку жерла "белого курильщика", после чего дебит жерла резко возрастал и источник переходил в состояние "черного курильщика". Это показало, что первопричина различия - разный характер разгрузки гидротермального раствора. При бурной разгрузке охлаждение начинается с момента излияния, и вся рудная нагрузка доходит до устья "курильщика". При медленной разгрузке гидротермальный раствор успевает немного остыть и перемешаться с морской водой еще в теле пористой рудной постройки. При этом значительная часть рудной нагрузки оседает внутри постройки, не доходя до устья источника.

"Черным курильщикам" свойственна очень низкая эффективность рудообразования - по некоторым оценкам, до 95-98% металлов уходит в "дым" и рассеивается в водной толще океана. У крупных построек, обнаруженных в системе подводного хребта Хуан-де-Фука и на Срединно-Атлантическом хребте, характер разгрузки оказался существенно иным - у них преобладает рассеянная разгрузка со всей поверхности постройки (визуально наблюдавшаяся в виде дрожания воды или муара). Эффективность рудоотложения в этом случае резко увеличивается. Постройка растет как бы изнутри, за счет заполнения рудным веществом пор и каналов. Это приводит, по-видимому, к частым гидроразрывам тела постройки, сопровождающимся брекчированием руд. Такое брекчирование весьма характерно и для древних колчеданных руд, оно часто наблюдается в месторождениях уральского и кипрского типов.

Гидротермальные образования в рифтовых зонах срединно-океанических хребтов, характеризующихся низкой, средней и высокой скоростью спрединга, в целом похожи, хотя существуют и некоторые различия, особенно в структурной приуроченности. Там, где скорость спрединга высокая, гидротермальные образования располагаются внутри осевого, наиболее молодого трога, находящегося в центральной части рифта, причем они связаны с открытыми раздвиговыми трещинами, так называемыми гьярами. Если скорость спрединга низкая и средняя, гидротермальные постройки могут располагаться и вне трещин, например в Срединно-Атлантическом хребте.

2.2 Периодичность проявления гидротермального процесса

Наблюдая действие "черных курильщиков" в океанических рифтах в настоящее время, уместно поставить вопрос о том, как гидротермальная активность проявлялась в прошлом, хотя бы и совсем недавнем. Судить об этом можно по колонкам (керну) буровых скважин, проникшим в осадочную толщу и базальты второго слоя океанической коры на десятки и сотни метров, так как металлоносные слои в общей толще осадков будут отвечать периодам гидротермальной активности. В основу такого выделения положено содержание железа, избыточного по отношению к его фоновому значению.

Западнее Восточно-Тихоокеанского хребта проведено бурение, вскрывшее осадки, накопившиеся за последние 40 млн. лет, то есть, начиная с позднего эоцена, согласно современной стратиграфической шкале. В этом интервале установлено шесть периодов усиления гидротермальной активности:

1) 38-36 млн. лет тому назад,

2) 25-24,

3) 18-17,

4) 14,

5) 9-8 и

6) 5 млн. лет тому назад, выразившиеся максимумами накопления железа.

Эти периоды усиления гидротермальной активности чередовались с периодами ее затухания. При этом не была установлена какая-либо корреляция с усилением скорости спрединга. Однако ясно, что после интенсивных излияний базальтовых лав в рифтах и исчерпания магматических очагов наступал период некоторого покоя, во время которого и происходил гидротермальный процесс, фиксируемый слоями МО в осадках.

В северной части Тихого океана такие же исследования выявили совпадение четырех возрастных интервалов гидротермальной активности, установленных и для южной части Тихого океана. В Атлантическом океане, в его северной части, бурением были охвачены интервалы от 130 до 70 млн. лет и от 15 млн. лет до настоящего времени. Корреляции с Тихим океаном не установлено, зато выявлено хорошее соответствие между увеличением скорости спрединга и проявлением гидротермальной активности. В Индийском океане примерно такая же картина.

Таким образом, гидротермальная деятельность в рифтовых зонах океанов, судя по распространению МО в разрезах осадочных толщ, протекала не равномерно, а периодически, то усиливаясь, то затухая, что в целом связано со скоростью тектонического раскрытия рифтов, то есть со скоростью спрединга.

2.3 Происхождение рудного вещества в "черных курильщиках"

Откуда берется рудное вещество в гидротермах? Несомненно, что решающую роль играют вулканические породы - базальты океанического дна и процессы извержения базальтов, которые время от времени происходят в рифтовых зонах, наращивая океаническую кору.

Следовательно, основным источником гидротермальных растворов является вода океанов, просачивающаяся вглубь океанической коры, сложенной базальтами. Для такого процесса вполне достаточно даже мелких (до 3 мм шириной) трещин, хотя широко развиты и более крупные, зияющие трещины - гьяры (гьяу - исл.). Подобные трещины могут рассекать всю океаническую кору в осевых зонах срединно-океанических хребтов на глубины в первые км. Так, для Исландии достоверно установлено просачивание океанских вод до 3 км. Факт глубокого проникновения в океаническую кору воды устанавливается и по изменениям - метаморфизму древних аналогов современной океанической коры - офиолитовых комплексов, в которых влияние воды на процессы изменения пород затрагивает слой габбро, залегающий под базальтами, то есть на глубинах в несколько км.

На циркуляцию воды влияет повышенный тепловой поток в рифтовых зонах, способный вызвать ее конвективное перемещение. Неустойчивое состояние воды, когда увеличивается ее объем, достигается при разных температурах в зависимости от давления. Так, при давлении в 250 бар критическая температура равна 375њС, а при Р = 700 бар - примерно 500њС. Такие температуры на глубине делают воду неустойчивой, и она должна устремляться к поверхности, в сторону понижения градиента давления.

Образование трещиноватых зон в базальтах, излившихся на океанское дно, - процесс весьма непростой, так как более молодые лавовые покровы запечатывают более древние, в которых развились трещины. Породы, располагающиеся непосредственно над близповерхностными магматическими очагами в рифтах, глубина залегания которых около 2-4 км, долгое время остаются горячими, и если до их уровня просачивается вода, то, быстро охлаждаясь и уплотняясь, они растрескиваются, что облегчает дальнейшее проникновение воды.

Надочаговая область, по-видимому, является тем местом, где океанская вода, будучи сильно нагретой, активно взаимодействует с породами, извлекая из них ряд элементов. При этом вблизи осевой зоны рифта наблюдаются восходящие струи флюидов, а по его периферии - нисходящие. Под срединно-океаническими хребтами с высокой скоростью спрединга типа Восточно-Тихоокеанского поднятия магматические очаги, залегающие в 2-4 км от поверхности дна, установлены геофизическими методами, тогда как под низкоспрединговыми хребтами магматические очаги пока не выявлены, возможно, в связи с тем, что очаги здесь появляются периодически, а не существуют постоянно и локализованы только под узкой осевой зоной рифта.

Температура гидротермальных растворов на выходе из "черных курильщиков" в Восточно-Тихоокеанском поднятии в районе 21 с.ш. находится в пределах от 350 до 400С. Когда вода поднимается к поверхности океанского дна и давление быстро падает, тогда из высокотемпературных рудоносных растворов начинают выпадать некоторые химические элементы и уже на выходе из отверстия "черного курильщика" гидротермальный раствор будет относительно низкотемпературным и содержание рудных компонентов в нем будет ниже, чем в высокотемпературном.

В начале 90-х годов в Новогвинейском море российской экспедицией были обнаружены гидротермы, в составе пород которых отмечено повышенное содержание золота. Возможно, это связано с там, что гидротермы развивались в обстановке так называемого задугового спрединга, то есть в окраинном море, и поэтому на состав гидротерм влияла континентальная кора, подвергнувшаяся растяжению.

Заключение

Одной из важнейших форм рельефа дна Мирового океана являются срединно-океанические хребты (далее СОХ) Северного Ледовитого, Атлантического, Индийского и Тихого океанов. Их цепь протягивается более чем на 60 тыс. км, а общая площадь составляет 62 845 тыс. кв. км, или 17,2% поверхности океанического дна.

Открытие системы срединно-океанических хребтов в конце 50-х годов, и последующие за этим исследования их морфологии, геологической структуры, геофизических особенностей и связи со строением мантии рассматриваются многими учёными как толчок к "обновлению" геологии.

В 1978 году были открыты высокотемпературные гидротермальные постройки - "черные курильщики" на Восточно-Тихоокеанском поднятии и стало ясно, что именно они являются источниками металлоносных осадков (МО). Глубоководное бурение с кораблей "Гломар Челленджер" и "Джоидес Резолюшн" позволило установить присутствие МО в осадочных толщах океанического дна.

Гидротермальные источники срединно-океанических хребтов - действующие на дне океанов многочисленные источники, приуроченные к осевым частям срединно-океанических хребтов. Из них в океаны, под высоким давлением в сотни атм., поступает высокоминерализованная горячая вода. Представляют собой трубообразные постройки естественного происхождения, достигающие высоты в десятки метров, устойчивость которых обеспечивается сниженным действием силы тяжести под водой.

Они выносят растворённые элементы из океанической коры в океаны, изменяя кору и внося весьма значительный вклад в химический состав океанов.

Наблюдая действие "черных курильщиков" в океанических рифтах в настоящее время, уместно поставить вопрос о том, как гидротермальная активность проявлялась в прошлом, хотя бы и совсем недавнем. Судить об этом можно по колонкам (керну) буровых скважин, проникшим в осадочную толщу и базальты второго слоя океанической коры на десятки и сотни метров, так как металлоносные слои в общей толще осадков будут отвечать периодам гидротермальной активности. В основу такого выделения положено содержание железа, избыточного по отношению к его фоновому значению.

Список используемой литературы

1. Лисицин А.П., Богданов Ю.А., Гуревич Е.Г. Гидротермальные образования рифтовых зон океана. М.: Наука, 1990. 255 с.

2. Короновский Н.В., Якушова А.Ф. Основы геологии. М.: Высшая школа, 1991. 561.

3. Рычагов Г.И. Общая геоморфология: М.: Изд-во Моск. ун-та: Наука, 2006. 416 с.

Размещено на Allbest.ru