Физико-химическая характеристика щелочных гидротерм

Естественными местообитаниями термофильных микроорганизмов в условиях современной биосферы являются гидротермальные наземные, подводные и подземные системы. В формировании гидротерм важное значение имеет циркуляция воды, поступающей с поверхности, внутри гидротермальной системы под действием глубинного источника тепла [1]. Затем по разломам и трещинам в породах глубинные воды поступают в вышележащие горизонты, где в той или иной степени смешиваются с грунтовыми водами, а затем выносятся на поверхность компоненты. Окончательно состав и температура термальных вод определяются при их смешивании с грунтовыми водами [2].

Геохимические типы щелочных гидротерм

Существует несколько геохимических типов щелочных термальных вод, среди них наиболее известными и геохимически значимыми являются азотные термальные воды и сульфидные воды [3].

Азотные термальные воды

К щелочным азотным термальным водам относятся воды массивов гранитоидных и вообще кристаллических пород. Эти воды широко распространены в мире. Большие области Центральной Азии, Индии, Восточной Сибири, Восточной Африки, Южной Африки, Южной Америки, Запада США, Европы, западные и восточные районы Исландии относятся к провинции щелочных азотных термальных вод [3,4]. Геохимический облик этих вод определяется процессами гидролитического разложения силикатов и потерей кислорода на окислительные процессы, вследствие чего в их газовом составе начинает преобладать азот и происходит частичное восстановление сульфатов с образованием гидросульфидных ионов. В газовом составе азотных терм кроме азота (до 85−95%), характерно присутствие ощутимых количеств метана (до 32%), кислорода (до 20%), сероводорода и инертных газов [5].

Типичным примером азотных термальных вод могут служить воды гидротерм Байкальской рифтовой зоны. Байкальская рифтовая система состоит из большого количества разломов и депрессий, занимающих наиболее возвышенную часть нагорий Восточной Сибири. Байкальский рифт отличается от других развитием во внутренней части большого континета на большом расстоянии (2000 — 2500 км) от главных фронтов столкновения Тихоокеансокой плиты и Индостанского субконтинента с Евразией. Байкальский рифт — уникальное внутриплитное явление с геодинамической и тектонической точки зрения [6,7].

Температура воды на выходах Байкальской рифтовой зоны достигает 81−83 °С, минерализация не превышает 1,0 г/л, pH до 10, содержание силикатов — до 100 мг/л [8]. Гидрохимические данные свидетельствуют об инфильтрационном происхождении гидротерм Байкальской рифтовой зоны. Гидротермы формируются в восстановительной обстановке вне зависимости от влияния магматических процессов, что отличает гидротермы региона от гидротерм областей активного вулканизма [9].

Другим характерным представителем азотных термальных вод являются гидротермы зон рифтогенеза, характеризующихся современным и позднечетвертичным магматизмом [4]. Химический состав этих вод обусловлен взаимодействием с резкощелочными вулканическими породами, содержащими карбонаты и соединения фтора. Примером могут служить термальные источники в районе озера Богория (Кения) с pH около 9, соленостью 3,5 мг/л и температурой от 35 до 100 °C [10].

На западном побережье Северной Америки широко распространены щелочные хлоридные азотные термальные воды. К особенностям данного типа вод относятся преобладание среди анионов хлора и высокое содержания кальция [9].

Сульфидные воды артезианских бассейнов

Сульфидные (сероводородные) природные воды характеризуются различной минерализацией и ионным составом с содержанием сероводорода более 10. Происхождение сероводорода связано с биогенным или химическим восстановлением сульфатных минералов, а также с магматической деятельностью. В подземной гидросфере наиболее распространено микробиологическое окисление органических веществ за счет восстановления сульфатов [5].

Среди растворенных газов во многих термах присутствует сероводород, который образуется в результате биохимического восстановления сульфатов при наличии органического вещества о схеме:

+ 2C + 2 > S + 2HC.

Эта реакция объясняет почему в сульфидных водах гидрокарбонат является преобладающим [10].

Среди сульфидных вод щелочными с pH до 9,5 являются только воды артезианских бассейнов предгорных прогибов и межгорных впадин, имеющие минерализацию 5−50 г/л [3]. Температура воды в термах колеблется от 21 до 75 °C. Типичным примером могут служить сульфидные воды Терско-Каспийского и Апшеронского бассейнов Кавказа.