Участвуя в молодёжной конференции в Южно-Уральском институте минералогии в г. Миасс я несколько раз слушал выступления Валерия Владимировича Масленникова, члена-корреспондента РАН, заведующего лабораторией минералогии рудогенеза и главного редактора журнала "Минералогия". Валерий Владимирович является последователем профессора Зайкова и занимается изучением древних и современных чёрных курильщиков. Он неоднократно подчёркивал важность изучения чёрных курильщиков, причём как современных, так и древних океанов. В статье я постараюсь рассказать об этом уникальном природном явлении, при этом постараюсь раскрыть, что курильщики бывают не только чёрными.
«Черный курильщик» — это высокотемпературный гидротермальный источник на дне океана, относящийся, как правило, к рифтовым зонам срединно-океанических хребтов.
На сегодняшний день обнаружено примерно 150 черных курильщиков. Самые известные из них расположены на участке срединно-океанического хребта в северной части Атлантического океана, где имеются разломы и трещины в океанической коре - благоприятные условия для выходов горячих растворов из океанического дна.
Чтобы разобраться, откуда берётся высокая температура для прогрева минеральных растворов нужно вспомнить что же такое срединно-океанический хребет. Срединно-океанические хребты - подводные горные системы, которые образуются в местах раздвижения литосферных плит. Вдоль разломов на поверхность океанического дна постоянно изливается лава, она застывает и образуются подводные горные хребты, при этом этот процесс непрерывно продолжается. Толщина литосферы в этом месте не превышает первых километров, и именно близость верхней мантии Земли и горячая лава обеспечивают высокую температуру, достаточную для прогрева минеральных вод.
Сквозь разломы и трещины морская вода просачивается вглубь Земли, где затем нагревается магмой и вступает в химическую реакцию с горными породами. После этого разогретая и обогащенная различными веществами магма вырывается к поверхности дна. Время жизни черного курильщика зависит от того, как скоро засорится трещина, из которой поступает его «дым», и может достигать десятков и даже сотен лет.
Температура «дыма» "чёрных курильщиков" примерно 400°С. Сам он представляет собой совокупность соединений серы с железом, медью и цинком. Вещества, образующие «дым», охлаждаются при контакте с холодной океанской водой, что приводит к осаждению минералов. Они, в свою очередь, формируют «башню»: постепенно вокруг «дымящего» источника наращиваются твердые минеральные стенки.
Среди наиболее известных чёрных курильщиков можно выделить:
- Источники в районе Галапагосских островов: именно здесь в 1977 году были впервые обнаружены чёрные курильщики, что стало настоящей сенсацией в научном мире;
- Источники в районе Каймановой впадины: здесь были обнаружены одни из самых высоких и активных чёрных курильщиков;
- Источники в районе срединно-океанического хребта Хуан-де-Фука: этот район также известен своими активными чёрными курильщиками и уникальными экосистемами.
Помимо чёрных курильщиков, которые относительно "на слуху" также широкое распространение имеют "белые курильщики".
"Белые курильщики" - это гидротермальные источники на дне океана, которые выбрасывают воду, богатую сульфидами кальция и магния, в отличие от "черных курильщиков", которые содержат сульфиды металлов и имеют более высокую температуру.
"Белые курильщики" представляют собой более низкотемпературные щелочные гидротермальные растворы (рН 9-9,8), с температурой от 40 до 95⁰С, которые в виде белых клубов дыма выходят в воду на дне океана и их трубы тоже имеют белый цвет.
Механизм образования "белых курильщиков" в целом аналогичен "чёрным", разница лишь в скорости остывания горячих растворов - в случае белых курильщиков они остывают быстрее, чем поднимаются к поверхности океанического дна и поэтому сульфиды металлов оседают ранее - в "скрытых трубах", и на выходе из океанического дна мы наблюдаем белый "дым".
Самые известные белые курильщики найдены в Атлантическом океане и получили название Lost Sity, расположенное на глубине 750-850 м. Трубы белых курильщиков состоят в основном из карбонатов кальция, гидроксидов магния и сульфата кальция.
Общие черты "чёрных" и "белых" курильщиков:
- Оба типа "курильщиков" поддерживают уникальные экосистемы, основанные на хемосинтезе, где первичными производителями являются бактерии, а не растения, как в большинстве других экосистем.
- Температура и состав воды вблизи "курильщиков" оказывают значительное влияние на распределение и разнообразие живых организмов.
- "Курильщики" являются важными точками биоразнообразия в глубоководных средах. При этом многими исследователями отмечается, что вероятнее всего жизнь в пределах насыщенных серой вод чёрных курильщиков может быть намного ближе к первозданной, чем та фауна к которой мы привыкли.
"Чёрные курильщики" древних и современных океанов
Ни для кого не секрет, что облик нашей планеты многократно менялся и там, где сейчас суша - плескались палео-моря. Разумеется, в древних морях имели место быть зоны океанических хребтов а значит, как следует из принципа актуализма - должны были формироваться чёрные и белые курильщики аналогичные современным (или их аналоги). Более того, нашими коллегами из Уральского отделения РАН было сделано сенсационное открытие, что колчеданные сульфидные месторождения южного Урала напрямую связаны с древними чёрными курильщиками. Сейчас наши коллеги активно проводят сравнительный анализ "палео-труб" чёрных курильщиков и зоны их современного развития в области срединно-океанических хребтов.
Нам интересен сравнительный анализ древних рудных месторождений Урала, Рудного Алтая, Понтид и других металлогенических провинций с современными рудообразующими системами Тихого и Атлантического океанов. В основном, это колчеданные месторождения, так называемые «черные курильщики» («black smokers»), - рассказывает профессор Масленников. - В палеозое 500-300 млн. лет назад Уральский океан покрывал пространство гораздо большее, чем территория современного Урала. В океанических рифтах и островодужных бассейнах формировались аналоги современных черных, серых, белых и мерцающих курильщиков. В результате схождения материков в эпоху каменноугольного периода океан исчез, а на месте встречи континентов вздыбились Уральские горы. В зоне закрытия океана и погружения океанической плиты часть океанических колчеданных месторождений погрузилась глубоко в недра Земли, другая часть - служит в настоящее время промышленным источником меди, цинка, свинца, золота, серебра, теллура, селена, висмута и других полезных химических элементов
В.В. Масленников
По оценкам наших коллег, запасы сульфидных руд в современных чёрных курильщиках и древних колчеданных месторождениях - сопоставимы.
Таким образом, чёрные и белые курильщики важная часть океанических систем, они являются источниками тепла в мировом океане и концентраторами форм жизни, которые существуют благодяра хемосинтезу. Исследование "чёрных и белых курильщиков" интересно не только с минералогической точки зрения, но и тем, что буквально на наших глазах формируются сульфидные месторождения будущего, которые будут отрабатывать через сотни миллионов лет, также как мы сейчас отрабатываем колчеданные месторождения Южного Урала.