Гидротермальные системы. 
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.