Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Рудообразующие гидротермы океана

ВАК РФ 04.00.10, Геология океанов и морей

Содержание диссертации, доктора геолого-минералогических наук, Судариков, Сергей Михайлович

ВВЕДЕНИЕ.

1. РАСПРОСТРАНЕНИЕ И ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РУДООБРАЗУЮЩИХ ГИДРОТЕРМ ОКЕАНА.

1.1. Распространение металлоносных 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 металлоносность растворов.

2.3. Металлоносные гидротермы океана как потенциальный источник минерального сырья.

3. ФОРМИРОВАНИЕ ГИДРОТЕРМАЛЬНЫХ ОРЕОЛОВ РАССЕЯНИЯ В ОКЕАНЕ.

3.1. Признаки гидротермального привноса 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 миюэобиопенозов.

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 С АХ).

4.3. Проблемы экогеохимичееких исследований гидротермальных систем в связи с возможным их освоением.

Введение Диссертация по геологии, на тему "Рудообразующие гидротермы океана"

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 7 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 практически не учитывались при изучении особенностей формирования всех составляющих океанских гидротермальных экосистем и оценке возможности их освоения. Исходя из этого, создание методики комплексного изучения гидротермальных 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 гидротермально-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 живых организмов в рудообразование и трансформацию вещества, оценка роли биогеохимических циклов в гидротермальном процессе только начинается. Актуальной представляется и разработка набора подходов к оценке влияния антропогенного вмешательства при освоении гидротермальных систем на функционирование уникальных сообществ организмов гидротермалей и сложившиеся в океане экогеохимические равновесия.

Методы исследований.

Специфика геологических работ в глубоководных районах океана требует применения уникальных методов исследований, прежде всего дистанционных. Для изучения современных процессов особенно важны измерения в С реальном времени. В процессе работы над диссертацией анализировались материалы, полученные автором при батиметрической съемке с помощью многолучевого эхолота Си Бим, сканировании различного масштаба гидролокаторами бокового обзора, геофизических наблюдениях, гидрофизическом и гидрохимическом зондировании с применением комплексов АРГО II, Нейл Браун, Рифт. Автором проводились длительные (до 200 часов) прямые наблюдения гидротермальных полей в реальном времени на базе оптико-акустической системы АРГО II, дешифрированы тысячи подводных фотографий, полученные в рейсах НИС "Геолог Ферсман" и "Профессор Логачев". Обобщены материалы по составу растворов, взвесей, осадков, биоценозов, опробованных с российских и зарубежных глубоководных обитаемых аппаратов, проанализированы материалы видеосъемок. В работе использованы результаты экспериментов по взаимодействию вода - порода и математического моделирования.

Автор участвовал в написании монографии "Методы исследования глубоководных полиметаллических сульфидов на дне Мирового океана" (Айнемеридр. 1988).

Пробы воды и взвесей, отобранные с помощью специальных батометров, анализировались для определения микроконцентраций компонентов тонкими методами анализа: атомно-абсорбционным, плазменно-спектроскопическим, нейтронно-активационным. Некоторые аспекты применения этих и других методов анализа освещены в ряде работ автора (Судариков 1977; Зиёапкоу 1978; Ашиток, Судариков 1986; Судариков, Абрамов 1989; Судариков, Ашадзе 1989 а).

Цели работы.

Целью работы является определение влияния гидротермальных процессов на распределение и состав растворов, взвесей, осадков, их геохимическую специализацию и физико-химические условия в пределах придонных экосистем; выбор критериев оценки возможного вклада гидротерм в сложившийся баланс минерального и живого вещества в океане; оценка роли живого вещества в геохимических преобразованиях, прежде всего в рудообразующих растворах и ореолах рассеяния элементов в водах и осадках при формировании и разрушении рудопроявлений.

Основные задачи работы.

1. Определить ведущие элементы в геохимическом облике океанских терм, тенденции изменения состава растворов в процессе гидротермальной деятельности и ее влияние на состав вод океана.

2. Провести типизацию и районирование океанских терм.

3. Исследовать условия формирования состава, в частности металло-носности;гидротермальных растворов.

4. Проанализировать особенности их геохимии, строения^ и условия формирования гидротермальных ореолов рассеяния.

5. Оценить роль микробиоценозов в преобразовании и перераспределении гидротермального вещества.

6. Выявить связи геохимических и биологических параметров в формировании экогеохимической зональности в пределах гидротермальных экосистем.

Научная новизна.

Защищаемая диссертация - это первое комплексное исследование, направленное на выяснение распространения гидротермальных рудообразую-щих растворов и их ореолов рассеяния в океане, изучение особенностей их геохимии и генезиса на основе мировых данных наблюдений, а также на установление влияния океанских терм на формирование уникальных гидротермальных экосистем. Впервые проводится одновременный анализ наиболее динамичных составляющих биогеоценозов - природных растворов, включая водные ореолы рассеяния, и живого вещества, существующего за счет энергий гидротермальной составляющей терм (хемосинтеза), а также их роли в рудообразовашш. Теоретическое исследование проблемы и одновременный анализ эмпирических данных позволил сформулировать и обосновать защищаемые положения диссертации.

Защищаемые положения

1. Закономерности распространения, особенности состава и характер влияния термальных растворов на окружающую среду, в планетарном масштабе отражается в формировании крупных провинций рудообразующих гидротерм океана.

2. Металлоносность растворов контролируется термобарическими условиями недр и строением зон разгрузки гидротермальных систем, определяющих рудо! енериру ющи й потенциал формирующихся флюидов и геохимическую специализацию промышленных растворов.

3. Гидрофизическая и геохимическая зональность, дискретность распределения и пространственная дифференциация вещества гидротермальных ореолов рассеяния связаны с составом исходных флюидов, режимом гидротермальной деятельности, структурой глубинных вод и постгидротермальными преобразованиями.

4. Гидротермальные экосистемы влияют на процессы рудообразования и дифференциации вещества, в то время как гидротермальное воздействие на экосистему определяет геохимические показатели косных и живых тел, распределение организмов и состав биоценозов.

Личный вклад и фактический материал.

В основу диссертации положены материалы изучения процессов современного рудообразования в гидротермально-активных районах океана, проводившегося во ВНИИОкеангеологии в плановом порядке с 1983г.

Фактический материал, послуживший основой для исследований собран главным образом в рейсах научно-исследовательских судов НПО "Сев-моргеология". Начиная с 1987 г.^ автор принимал постоянное участие в составлении программ научно-исследовательских работ в морских экспедициях, проводившихся Полярной экспедицией в Тихом и Атлантическом океанах (БИС "Геолог Ферсман", "Севморгеология", "Профессор Логачев") и Одесским университетом в Индийском океане (НИС "Антарес"), приемке полевых материалов и рецензировании производственных отчетов.

Автор в 1996 году участвовал в международной экспедиции, организованной Калифорнийским университетом (Санта Барбара) на НИС "Мелвилл", посвященной изучению района ультрабыстрого спрединга Восточно-Тихоокеанского поднятия (17,5-18,5° ю.ш.) с помощью оптико-акустической системы арго.

Следует также отметить, что изучение процессов формирования гидрогеохимических ореолов рассеяния металлов, которым посвящена значительная часть диссертации, было начато автором на Балтийском щите (1970-1978г.г.), затем на Дальнем Востоке (1979-1987 г.г„), где автор руководил научно-исследовательскими экспедициями Ленинградского горного института. Результатом этих исследований явилась монография "Гидрогеохимия складчатых областей" (1989), написанная вместе с В. А. Кирюхиным и Н.Б. Никитиной, в которой были заложены основы теории водного рассеяния металлов.

Автор принимал участие в исследованиях и написании научных отчетов по результатам разработки нескольких тем, посвященных современному гидротермальному рудообразованию и экосистемам в океане, в том числе 4-х — как ответственный исполнитель.

В процессе исследований собран и проанализирован обширный полевой и литературный материал по составу руд, растворов, плюмов, осадков, а также микро- и макробиоценозов в районах гидротермальной деятельности.

Практическая значимость и реализация результатов работы.

Изучение процессов рудообразования в уникальной природной лаборатории, которой являются гидротермальные системы океана^ прежде всего важно для теоретической геологии, во-первых, в смысле понимания закономерностей формирования и распространения месторождений полезных ископаемых на континенте - древних аналогов образующихся на наших глазах колчеданных месторождений, во-вторых, для познания особенностей океанского литогенеза, в третьих, для уточнения глобальных циклов ряда компонентов, в том числе углерода и воды, а также для понимания условий формирования и стабилизации состава Мирового океана.

Таким образом, практическое использование результатов работы является ярким примером применения классического для геологии метода актуа-лизма.

Полученные результаты, прежде всего, являются вкладом в понимание закономерностей образования, распространения и деградации гидротермальных систем океана и связанных с ними ореолов рассеяния, микро- и макробиоценозов, без чего невозможно осознать как практическую значимость формирующихся сульфидных руд, металлоносных осадков, термоминеральных растворов, так и возможные пути их освоения. Кроме того, комплексное моделирование нестационарных геохимических и биогеохимических процессов, протекающих в сложных гидротермальных системах^ необходимо для оценки экологической обстановки в гидротермально-активных районах, прогнозирования последствий подводной разработки как на конкретные экосистемы, так и на океан в целом. Наконец, исследование пространственно-временной изменчивости разномасштабных взаимодействий различных составляющих биогеоценозов океана на границах сред и фаз вещества является непременным условием для определения критериев построения системы эко-геохимического мониторинга в процессе освоения гидротермальных систем.

Более конкретное значение имеют рекомендации по направлениям исследований гидротермальных полей. Предложения, касающиеся отдельных сторон гидрогеохимических и экогеохимических исследований р Тихом и Атлантическом океанах^частично успешно реализованы в морских экспедициях, проводившихся ВНИИОкеангеология совместно с другими организациями, в том числе ИО РАН им. П.П. Ширшова. Автор принимал участие в составлении ряда геологических заданий на проведение морских исследований и нескольких программ, которые были направлены на изучение глубоководных полиметаллических сульфидов на общегосударственном (отраслевом) уровне.

Наконец, непосредственно в геологической практике могут найти (и уже находят) применение методические приемы, предложенные и опробованные в ходе наших исследований: поиски очагов гидроминеральной разгрузки по валовому содержанию металлов в плюмах., использование отрицательных аномалий температуры и солености в качестве поискового признака высокотемпературных источников в пределах САХ. применение классификационных признаков гидротермальных плюмов для оценки положения и параметров связанных с ними источников, совместная обработка геолого-геохимической и биологической информации и принципы экогеохимичее-ского районирования гидротермальных полей.

Апробация результатов исследований.

Результаты работы докладывались и обсуждались на: Всесоюзном совещании по подземным водам Востока СССР (XII совещ. по подз. водам Сибири и Дальн. Востока. Иркутск-Южно-Сахалинск, 1988); Всесоюзном семинаре, посвященный памяти Б.Л. Личкова "Роль подземной гидросферы в истории Земли" (Л-д., 6-8 апреля 1989); Всесоюзной школе по техническим средствам и методам освоения океанов и морей. (Геленджик, 1989); 21-й конференции по морским технологиям (Хьюстон, США, 1989); 10-й, 11-й и 12-й международных школах по морской геологии (Геленджик, Москва 1992, 1995, 1997); Всесоюзном совещ. "Вулканогенно-осадочные рудообразования" (СПб.,ВСЕГЕИ, 1992); 16-м (Ставангер, Норвегия 1993) и 18-м совещаниях (Маастрихт, 1997) по органической геохимии; Всероссийском совещании "Многоцелевые гидрогеохимические исследования в связи с поисками рудных месторождений и защитой подземных вод" (Томск, 1993); 6-й межведомств. конфер. по новейшим достиж. в морской геологии "Проблемы развития морских геотехнологий, информатики и геоэкологии" (С-Петербург,1994); Совещании британской инициативной группы по изучению срединно-океанических хребтов (BRIDGE) "Гидротермальные источники и процессы" (Лондон, 1994); 25-м (Монтерей Бэй, Калифорния, 1994), 26-м (Сент Джонс, Ньюфаундленд, 1995), 27-м (Вашингтон, 1996) ежегодном "Подводном горном институте" (UMI); Международном симпозиуме Russian RIDGE, проходившем во ВНИИОкеангеология (Санкт-Петербург, 1995); 8-м международном симпозиуме по взаимодействию вода-порода (Владивосток, 1995); 211-м совещании американского химического общества (Новый Орлеан, 1996); 30-м международном геологическом конгрессе (Пекин, 1996); Международном симпозиуме по геологии и геофизике Индийского океана, GIO-96 (Гоа, Индия, 1996); Осеннем совещании американского геофизического общества AGU (Сан Франциско, 1997); 18-м региональном европейском совещании по седиментологии (Хайдельберг, 1997); Конференции РФФИ "Науки о Земле на пороге XXI-го века: новые идеи, подходы, решения" (Москва, 1997); постоянно действующем гидрохимическом семинаре кафедры гидрогеологии СПбГГИ (1988, 1993); а также на заседаниях Ученого Совета ВНИИОкеангеология и его секции твердых полезных ископаемых океана (1991, 1993, 1996, 1998).

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 90 работ, в том числе три написанные в соавторстве монографии. Инициатором большинства работ является автор диссертации.

Благодарности.

Прежде всего автор г лубоко признателен С.Г. Краснову, с которым начиналось изучение океанских терм и было опубликовано несколько принципиальных статей. Автор благодарен своим коллегам по совместному научному творчеству А.М. Ашадзе, Г.А. Черкашеву, Т.В. Степановой, М.П. Давыдову, без тесного сотрудничества с которыми изучение геохимии океанских рудообразующих гидротерм, плюмов и экосистем сейчас представить невозможно. Большую помощь в изучении биологии экосистем оказали сотрудники Института Океанологии РАН C.B. Галкин и Л.И. Москалев. Совместные исследования с американскими коллегами Р. Хэймон и К. Макдональдом (Калифорнийский университет) помогли уяснить роль магматизма и тектоники в гидротермальном процессе.

Автор благодарен директору ВНИИОкеангеология, академику РАН И.С. Грамбергу за постоянную многолетнюю поддержку в процессе постановки тем и представления результатов исследований. Большую идейную и административную поддержку при постановке исследований гидротермальных экосистем океана оказывали зав. сектором ГПС А.И. Айнемер и зав. отделом ТПИО С.И. Андреев.

Автор выражает благодарность П.А. Александрову, B.C. Аплонову, И.Н. Горяинову, Э.Ф. Гринталю, Д.А. Додину, М.А. Садикову за полезные рекомендации в процессе работы над диссертацией.

Автор выражает глубокую признательность профессору Санкт-Петербургского горного института, чл.-корр. РАЕН В.А.Кирюхину за вели--колепную школу научных исследований и плодотворное сотрудничество в области изучения геохимии водных ореолов рассеяния, которое послужило основой всех дальнейших изысканий.

Большую помощь автор получил в разные годы во время совместной работы с коллегами из Полярной экспедиции по изучению океанского рудо-генеза и сотрудниками многих других институтов и производственных организаций от Петербурга и Одессы до Хабаровска и Владивостока, за что автор выражает всем глубокую благодарность.

Исследования, на результатах которых основана диссертация, выполнялись за счет средств госбюджета Мингео СССР и Минприроды РФ и при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований в виде грантов 94-05-16874, 96-05-65201, 98-05-64169, 99-05-65258.

Заключение Диссертация по теме "Геология океанов и морей", Судариков, Сергей Михайлович

Выводы.

1. Оценки количества микроорганизмов в плюмах и выявленные свидетельства их геохимической деятельности говорят о значительной роли микробиоценозов в трансформации и перераспределении гидротермального вещества в ореолах рассеяния. Микробиоценозы гидротермальных плюмрв служат важным поставщиком восстановленного органического углерода в глубоководных условиях СОХ, а главным гидротермальным компонентом для его бактериального продуцирования является водород. Таким образом вдоль системы океанских рифтов формируется среда, благоприятная для переноса различных форм жизни от одного гидротермального поля к другому.

2. Гидротермальная экосистема должна изучаться как единое целое», с тем, чтобы, по возможности, получить наиболее целостное представление об объект^исходя из принципа единства живого и неживого и принципа дополнительности с использованием различных типов информации. Такой подход, использованный при экогеохимических исследованиях в пределах С АХ, позволил устанавливать степень гидротермального влияния на экосистемы, определять характер экогеохимической зональности, производить типизацию экосистем по различным параметрам. Сохранение природных экосистем при их освоении возможно на основе построения управляемого антропогенного ландшафта с использованием физико-химических и биогеохимических искусственных и естественных барьеров.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенного исследования удалось осветить ряд вопросов, касающихся геохимического облика, распространения, образования и функционирования сложной системы океанских гидротермальных растворов, водных ореолов рассеяния и экосистем. По реакции на гидротермальный процесс в составе растворов выделены группы элементов и физико-химических показателей, указывающие на то, что гидротермальные системы играют важную роль в стабилизации состава вод Мирового океана по таким компонентам, как М§, 8С>4, К. Установлено, что важнейшей в геохимическом облике гидротерм океана является группа элементов "большая шестерка": С1 - Иа - Са - Мп - Бе - 2п, состоящая из двух триад - главных (С1, Иа, Са) и металлов (Мп, Ре, Zn). Первая триада определяет общую минерализацию растворов, в то время как вторая в той же степени характеризует металлоносность гидротерм.

Анализ распространения и особенностей состава океанских терм позволил выделить 4 крупные провинции в пределах Мирового океана: I. Срединно-океанических хребтов; II. Океанических окраин; III. Межконтинентального рифта Красного моря; 1У. Внутриплитных вулканов. Показано, что термы провинции океанических окраин и внутриплитных вулканов могут формироваться под прщямым влиянием кислых вулканических вод; данные экспериментов и ~ натурные наблюдения свидетельствуют о формировании гидротерм провинции СОХ преимущественно за счет высокотемпературного взаимодействия морской воды с породами в недрах гидротермальных систем. В островодужных Т-Р условиях существуют однофазные системы, формирующие гидротермы с высокими концентрации Ре и Мп и низкими - Си и В недрах междуговых рифтов ^ при достаточных глубинах, как и в условиях СОХ, концентрации полиметаллов могут повышаться при фазовой дифференциации в надкритических условиях. Низкие значения рН и повышенные концентрации СГ способствуют активному выщелачиванию и выносу металлов на морское дно. Отмеченная корреляция металлоносности гидротерм с их хлорностью указывает на то, что жидкая фаза является главным носителем металлов. Наиболее металлоносными являются высокотемпературные гидротермы, прошедшие этап фазовой дифференциации в недрах системы и, в то же время, не претерпевшие существенного охлаждения за счет кипения на путях миграции.

Рудообразующие гидротермы образуют по солености и кислотности единый ряд - от кислых вулканических вод до слабокислых высокоминерализованных рассолов. В пределах этого ряда выделяются группы растворов, принадлежащие к различным провинциям гидротерм океана. Основными показателями растворов, связанными с их металлоносностью, являются общая минерализация, рН, температура. Проведен анализ мировых данных по составу гидротермальных растворов океана и установлен промышленный характер содержаний К и 1л в соответствии с принятыми классификациями практически во всех рассольных термах, прошедших фазовую дифференциацию. Комплексный характер гидроминерального сырья вытекает из анализа данных о составе гидротерм различных провинций. Можно ожидать открытия промышленных концентраций ряда элементов, включая благородные металлы.

Показано, что в толще вод океана происходит пространственное разделение гидротермальных ореолов рассеяния. Легкие ореолы (газонасыщенные), отличающийся от окружающей морской воды меньшей плотностью, образуют j. обширные мегаплюмы на высоте n х 1000 м от дна, а тяжелые (рудообразую-щие), образованные жидкой фазой, исходя из гидрофизических характеристик, располагаются над поверхностью дна. В случае разгрузки рассолов образуются реверс-плюмы с отрицательной плавучестью. В разрезе гидротермального плюма выделены две основные зоны: 1) гравитационно неустойчивые структуры , формируемые восходящим потоком (всплывающая колонна); 2) горизонт рассеяния. При этом установлены различия плотностных и температурных характеристик горизонта рассеяния в районах с разной структурой глубинных вод. На ВТП смесь более соленых придонных вод с гидротермами уравновешивается по плотности с горизонтом, имеющим меньшую соленость и температуру. В рифтовой долине САХ в пределах горизонта рассеяния образуется аномалия пониженной солености и температуры.

Особенностью гидротермальных плюмов на этапе горизонтального рассеяния является их дискретность. Одной из причин дискретности плюмов является пространственная дифференциация вещества, диктуемая как составом первичных растворов, так и преобразованиями в процессе рассеяния, проявляющимися на границе взвесь - раствор. В некоторых зонах разгрузки установлена область с повышенной концентрацией частиц преимущественно сульфидного состава, формирующейся в нижней части всплывающей колонны. При пониженных отношениях Fe/S в гидротермах большая часть Fe связывается в сульфидных взвесях, при высоких - Fe выносится в растворе и начинает гидролизо-ваться и флоккулировать на расстоянии от источника. Высокометаллоносные гидротермы при слабом подповерхностном смешении образуют взвеси, состоящие из крупных частиц сульфидов в 50-70 раз превышающие размеры ок-сигидроксидов. Установлены сложные соотношения концентрирования и рассеяния на латеральном этапе для геохимических групп элементов (халькофиль-ных, сидерофильных и рассеянных). Наиболее тесные связи существуют между взвешенными формами Mn, Fe, Zn. Эта ассоциация точно соответствует триаде металлов "большой шестерки" в гидротермальных растворах, что свидетельствует об унаследованности главных рудообразующих компонентов гидротермальных растворов в составе взвесей гидротермальных плюмов.

В результате^ анализа наших наблюдений и мировых данных по составу гидротермальных плюмов установлены компоненты, являющиеся основой жизнедеятельности бактерий (Н2, H2S, СНд, С02, СО, Fe, Mn, Си, Zn, в ряде районов аммоний и органическое вещество) и получены свидетельства превышения количества микроорганизмов в плюмах, фиксируемых по гидрофизическим и гидрохимическим данным в 2-10 раз по сравнению с окружающими водами.

Получены достаточно веские основания считать весьма значительным, если не решающим, микробиологический вклад в концентрирование, перевод из растворенной во взвешенную форму и распределение взвеси Мп в пределах ореолов рассеяния, а также биодифференциацию Мп и Fe в ореольном пространстве.

Проведен^ы расчеты показывающие, что гидротермальные плюмы могут служить важным поставщиком восстановленного органического С в глубоководных условиях на расстоянии по крайней мере нескольких (а возможно и десятков) километров от гидротермальных источников. Таким образом вдоль системы океанских рифтов формируется среда) благоприятная для переноса различных форм жизни от одного гидротермального поля к другому.

Проведен комплексный анализ и математическая обработка биогеохимической информации по экосистемам Атлантики. Установлены пределы гидротермального влияния на экосистемы ""Снейк Пит" и ~"Логачев"~ и характер их экогеохимической зональности. Выделены три основных типа действующих гидротермальных экосистем С АХ:

1) Активные (расцвет экосистемы, стабильная и мощная гидротермальная деятельность). Наиболее характерный представитель - экосистема TAG.

2) Деградирующие - увядание экосистемы, затухающая гидротермальная деятельность (экосистема Lucky Strike, часть гидротермального поля Логачев*?

3) Активизирующиеся - возобновление гидротермальной активности после полного затухания или частичной деградации. По имеющимся данным к этому типу в настоящее время можно отнести экосистему "Логачев^

Полученные результаты свидетельствуют, что гидротермальная экосистема должна изучаться как единое целое* с тем, чтобы, по возможности, получить наиболее целостное представление об объекте, исходя из принципа единства живого и неживого и принципа дополнительности с использованием различных типов информации. Сохранение природных экосистем при их освоении возможно на основе построения управляемого антропогенного ландшафта с использованием физико-химических и биогеохимическиъх искусственных и естественных барьеров.

Библиография Диссертация по геологии, доктора геолого-минералогических наук, Судариков, Сергей Михайлович, Санкт-Петербург

1. Андреев С.И., Аникеева Л.И., Вишневский А.Н., Краснов С.Г., Судариков С.М.: Черкашев ГА. Минеральные ресурсы Мирового океана, их потенциал и перспективы освоения // Геология и минеральные ресурсы Мирового океана. СПб, ВНИИОкеангеология, 1995,с. 141-157.

2. Ашиток В.И., Судариков С.М. Экспресс-анализ гидрогеохимических проб в полевых условиях // Разведка и охрана недр, N11,1986, с.58-60.

3. Барзенков И.А., Намсараев Б.Б., Иванов М.В. Бактериальное образование метана в донных осадках бухты Кратерной // Биол.моря. 1989, N6, с. 65-70.

4. Басков Е.А. и др. Основные черты распространения металлов в термальных водах складчатых облатей СССР // Труды ВСЕГЕИ, 1978, нов. сер. т. 269, с.52-72.

5. Басков ЕА., Суриков С.Н. Гидротермы Земли. Л.: Недра, 1989. 245 с.

6. Беляев С.С., Леин А.Ю., Иванов М.В. Роль метанообразующих и сульфатредуцирующих бактерий в деструкции органического вещества // Геохимия. 1981. № 3. с. 437-445.

7. Биогеохимия океана / А.П. Лисицын (отв. ред.) и др. М.: Наука. 1983. 368 с.

8. Богданов Ю.А. Гидротермальные проявления рифтов Срединно-Атлантического хребта. М.: Научный мир, 1997.- 167 с.

9. Богданов Ю.А. Гурвич Е.Г. Лукашин В.Н.: Геохимия рудопроявлений гидротермального поля 14°45' с.ш. Срединно-Атлантического хребта // Геохимия, 1997, № 4, с. 413-422.

10. Бутузова Г.Ю., Штеренберг Л.Е., Воронин Б.И., Корина Е.А. Самородные металлы в рудоносных осадках Красного моря // Литол. и полезн. ископаемые. 1987. № 2. с. 122-123.

11. Вайнштейн М.Б., Намсараев Б.В., Сам арки и В. А, Леин А.Ю. Современные процессы восстановления сульфатов в осадках Индийского океана // Геохимия диагенеза осадков Индийского Океана. М.: ИО АН СССР. 1985. с. 45-52.

12. Вейсберг Б.Д., Браун П.Р.Л., Съюарт Т.М. Рудные элементы в активных геотермальных системах // Геохимия гидротермальных рудных месторождений. М., Мир, 1982. с. 578-609.

13. Вернадский В.И. Парагенезис химических элементов в земной коре // Дневник ХП съезда русских естествоиспытателей и врачей (1909-1910). М.: 1910, с. 73-91.

14. Вернадский В.И. Проблемы биогеохимии // Труды биогеохимической лаборатории. Т. 16. Наука, 1980. N5. 320 с.

15. Вернадский В.И. Химическое строение биосферы Земли и ее окружения. М.: Наука. 1965. С. 373.16