Рудообразующие гидротермы океана : Формирование, ореолы рассеяния, экосистемы

• Автор: Судариков, Сергей Михайлович
• Шифр специальности: 04.00.10
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 159 с. : ил.

1. РАСПРОСТРАНЕНИЕ И ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РУДООБРАЗУЮЩИХ ГИДРОТЕРМ ОКЕАНА
1.1. Распространение мет&тлоносных гидротерм
1.2. Состав субмаринных гидротерм
1.2.1. Главные компоненты
1.2.2. Второстепенные компоненты и микрокомпоненты
1.2.3. Газовый и изотопный состав
1.3. Группы типоморфных элементов, классификация и районирование океанских гидротерм
2. ФОРМИРОВАНИЕ ГИДРОТЕРМАЛЬНЫХ РАСТВОРОВ ОКЕАНА
2.1. Сравнительный анализ формирования субмаринных и субаэральных гидротерм
2.2. Фазовая дифференциация, состав и метатлоносность растворов
2.3. Металлоносные гидротермы океана как потенциальный источник минерального сырья
3. ФОРМИРОВАНИЕ ГИДРОТЕРМАЛЬНЫХ ОРЕОЛОВ РАССЕЯНИЯ В ОКЕАНЕ
3.1. Признаки гидротермального привноси в придонных водах океана
3.2. Влияние фазовой дифференциации в недрах систем на формирование гидротермальных плюмов
3.3. Гидрофизические характеристики ореолов рассеяния и придонных вод
3.4. Границы разделов и трансформация вещества в гидротермальных ореолах рассеяния
4. ГЕОХИМИЯ ГИДРОТЕРМАЛЬНЫХ ЭКОСИСТЕМ ОКЕАНА
4.1. Перераспределение и трансформация гидротермального вещества с участием микробиоценозов
4.1.1. Взаимодействия в системе бактерии-металлы в процессе гидротермального рудообразования
4.1.2. Микробиоценозы в глубоководных гидротермальных плюмах
4.1.3. Взаимодействия в системе бактерии-металлы в гидротермальных
плюмах
4.1.4. Гидротермальные плюмы как глубоководный источник органического углерода
4.2. Геохимическая зональность гидротермальных экосистем океана (на примере САХ)
4.3. Проблемы экогеохимических исследований гидротермальных систем в связи с возможным их освоением
ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Актуальность проблемы.
В свое время Б.Б. Полынов (1956) назвал природные воды «кровью геохимического ландшафта». Эта метафора в еще большей степени подходит для гидротермальных растворов океана, которые служат как источником вещества для формирования рудных построек, ореолов рассеяния широкого круга элементов в придонных водах и осадках, так и источником энергии для жизнедеятельности уникальных биоценозов гидротермалей. Исходя из этого ^ актуальной представляется задача изучения системы: гидротермальные растворы - руды - ореолы рассеяния - живое вещество, с выявлением связей и взаимного влияния всех составляющих. Таким образом, объектом исследования в процессе работы являлись гидротермальные поля рифтовых зон океана и, прежде всего, связанные с ними рудообразующие растворы, водные ореолы рассеяния (гидротермальные плюмы) растворенных и взвешенных форм элементов и экосистемы (биогеоценозы), формирующиеся в них.
Изучение гидротермальных систем, как возможного источника полезных ископаемых (сульфидных руд, металлоносных осадков, илов, термоминеральных растворов^ вступает в стадию поисковых и поисково-оценочных ' работ. Проектируются и изготавливаются образцы новой техники для решения этой задачи - подводные буровые установки, обитаемые аппараты и др. При этом наибольшее внимание до сих пор уделялось сульфидным рудам. Однако потенциал гидротермальных систем далеко не исчерпывается формирующимися на дне океана колчеданными рудами. Термоминеральные растворы и илы, насыщенные огромным количеством элементов, сами могут являться сырьем для добычи полезных ископаемых. Огромные площади в океане занимают поля металлоносных осадков, потенциал которых еще нуждается в оценке. Уникальные сообщества живых организмов, существующие на основе хемосинтеза, принимают участие в формировании и разрушении рудных комплексов, трансформации и перераспределении вещества в ореолах рассеяния и металлоносных осадках. Эти процессы до сих пор практиче- г ски не учитывались при изучении особенностей формирования всех состав-ляюших океанских гидротермальных экосистем и оценке возможности их освоения. Исходя из этого, создание методики комплексного изучения гидро- I/ термальных полей в океане как сложных систем является актуальной в научной перспективе на ближайшее десятилетие, имея несомненное прикладное значение.
Кроме того, необходимо опережающее изучение экологической обстановки в гидротерматьно-активных районах для прогнозирования последствий возможной подводной разработки как на гидротермальные экосистемы, так и на океан в целом. Особенности жизнедеятельности глубоководных сообществ гидробионтов пространственно, а часто и генетически связанных с гидротермальной деятельностью, мало изучены, а исследование вклада жи-

концентрирование растворенных компонентов происходит при фазовой дифференциации в жидкой фазе (рассолах). Максимальная интенсивность растворения достигается при входе и выходе из критического состояния. Таким образом, у воды, достигающей квазикритического состояния (-300° С, 200 - 300 бар) при нагревании, а затем проходящей эту же стадию при охлаждении и снижении давления с фазовой дифференциацией, имеется 3 стадии повышения концентрации растворенных компонентов и, соответственно, повышения металлоносности.
Рассмотренные процессы приводят к двум фундаментальным следствиям.
1) Паровая фаза сама по себе может быть достаточно эффективным транспортом для тяжелых металлов (учитывая ее значительно меньшую, по сравнению с жидкой фазой, вязкость за счет снижения плотности, особенно в надкритических условиях (рис. 13)). Это следствие является основой теории формирования мегаплюмов в процессе рассеяния продуктов гидротермальной деятельности в водной толще.
2) С другой стороны, низкие значения pH и повышенная в несколько раз по отношению к нормальной морской воде хлорноеть жидкой фазы способствует активному выщелачиванию и выносу большого количества металлов на морское дно. Отмеченная нами ранее корреляция металлоносное опробованных океанических гидротерм с их хлорностью указывает на то, что именно жидкая фаза является в условиях гидротермальных систем океанских рифтов главным носителем металлов.
3) Наиболее металлоносными, очевидно, могут быть высокотемпературные гидротермы, прошедшие этап фазовой дифференциации в недрах системы и, в то же время, не претерпевшие существенного охлаждения за счет кипения на путях миграции (Судариков 1992 в).
При этом кипение гидротерм не единственная возможная причина их охлаждения и потери ими рудных компонентов на путях миграции. Хотя кондуктивный отвод тепла во вмещающие породы не может привести к существенному охлаждению растворов, в областях, отличающихся высокой проницаемостью пород дна за счет интенсивной разломной тектоники, возможно широкое развитие процессов подповерхностного смешения горячих гидротерм с проникающей им навстречу по трещинам холодной морской водой. Такое смешение, вызывающее охлаждение гидротерм до их выхода на поверхность, будет препятствовать формированию на поверхности дна в составе массивных руд наиболее высокотемпературных сульфидов цветных металлов и приводить к образованию вкрапленно-прожилковой минерализации меди (реже - цинка) в коренных породах дна.
Характерно резкое снижение металлоносное фильтрующихся через мощную осадочную толщу гидротерм впадины Гуаймас в Калифорнийском заливе по сравнению с растворами других рифтовых зон. Рассчитанная по термодинамическим данным модель процесса рудоотложения внутри оса-