Дары Плутона попадают в царство Нептуна

В последнее время получены новые данные о подводном вулканизме на средних и больших глубинах в морях и океанах. Эти данные не только интересны сами по себе, они проливают свет на образование полезных ископаемых, связанных с вулканической деятельностью. Коротко расскажем об этом.

Подводные извержения происходят под давлением значительного столба воды, и это накладывает на них ряд особенностей. Напомним, что давление столба воды на глубине 1000 м соответствует приблизительно 100 атм. Значит, вулканические процессы на дне океанов протекают под давлением в несколько сот атмосфер. Уже только это одно обстоятельство ведет к очень важным последствиям. Давление водного столба превышает критическое давление газов, заключенных в лаве. Газы остаются в лаве; поэтому при вулканических извержениях на средних и больших глубинах почти не происходит вулканических взрывов и не образуется пирокластический материал. Лава растекается по дну океана подобно тому, как магма проникает между слоями горных пород в глубинах Земли.

Как же происходит вулканическое извержение на глубине? Раскаленная лава, преодолевая огромное давление толщи океанических вод, медленно растекается по дну.

Соприкасаясь с холодными водами, она начинает остывать и отдает океаническим водам большое количество газов, которые, находясь под огромным давлением, переходят в раствор. Остывание продолжается, и вода, заключенная в лаве, первая из всех летучих веществ переходит точку критической температуры. В воде растворяются кислые газы, возникает раствор, активно взаимодействующий с еще горячей лавой. Этот раствор забирает из нее кремний, железо, марганец и другие элементы.

Возникающие растворы очень чувствительны к изменениям температуры и давления, что отражается на поведении заключенных в них веществ. Например, при взаимодействии воды с раскаленной лавой кремнезем переходит в раствор. Но происходит охлаждение, растворимость кремнезема падает и он выделяется в виде коллоидного осадка. Возникающее желеобразное вещество затем уплотняется и превращается в яшму, которая часто встречается между подводными лавами основного состава.

Но на этом история морской воды, обогащенной веществами вулканического происхождения, не заканчивается. Ведь водная среда очень подвижна; водные массы с растворенным кремнеземом и сопутствующими веществами могут перемещаться далеко за пределы районов вулканической деятельности и попадать в более мелководные зоны. Там в результате снижения давления начинается новое выделение кремнезема, а следовательно, и образование яшм и кремнистых сланцев. Так можно объяснить возникновение комплексов пород, которые Н. С. Шатский назвал «отдаленными кремнистыми формациями». Примером их служат кремни, кремнистые сланцы, фосфориты и другие породы хребта Кара-Тау, которые возникли из кремнистых растворов, образовавшихся в результате деятельности вулканов, существовавших в кембрийское время на месте современного Южного Урала.

Кремнистые формации имеют большое практическое значение. Давно известно, что с кремнистыми морскими породами связаны месторождения марганца, образовавшиеся осадочным путем. Примерами их могут служить месторождения Урала и Казахстана в СССР, калифорнийские месторождения в США, месторождения на острове Новая Каледония и др. О том, что месторождения марганца могут формироваться в ходе вулканического процесса, свидетельствует отложение марганцевых минералов из горячих вод вулканических районов. Так, в Японии залежи марганца, выпавшие из горячих источников, известны в префектурах Ямагата, Симанэ и Тоттори. На южном склоне горы Адзаму на острове Хоккайдо из четырех сливающихся горячих источников со щелочной водой выделяется в настоящее время черный порошок двуокиси марганца на площади 2000 м². На Камчатке установлено повышенное содержание марганца в термальных водах Паужетских источников.

Но одной из самых интересных находок последних лет явилось открытие неисчерпаемых запасов железо-марганцевых минеральных стяжений (конкреций) на дне океанов. Широкое распространение их в Тихом океане было установлено при помощи подводной фотографии, траления и сбора донных отложений во время плавания экспедиционного судна «Витязь» Института океанологии Академии наук СССР. Каков же состав таких конкреций? Оказалось, что они очень богаты металлами - содержат значительные количества марганца (до 39,6%), железа (от 3,7 до 20,8%), кобальта (до 0,92%), никеля, (до 1,43%), меди (до 1,81%) и т. д.

О распространении конкреций можно судить по подводным фотографиям океанического дна. Превосходные снимки, произведенные на глубинах в несколько километров, показали, что большие площади дна заняты марганцевыми конкрециями (рис. 26). А на вершинах подводных гор конкреций так много, что дно напоминает булыжную мостовую. Подсчеты показали, что в среднем на один квадратный километр океанического дна приходится 8600 т минеральных стяжений. Запасы конкреций для всего Тихого океана составляют, по данным Н. Л. Зенковича и Н. С. Скорняковой, почти 90 млрд. г. А ведь нужно учесть и то, что конкреции встречаются не только на поверхности дна, но и уходят в толщу осадков, по крайней мере на 3 м.

Рис. 26. Дно океана с железо-марганцевыми конкрециями в районе Магеллановых гор (глубина 5718 м). Фото Н. Л. Зенковича

Очень интересна карта распределения и концентрации железомарганцевых конкреций на дне Тихого океана. Она показывает, что наибольшие количества марганца и железа приурочены к обширным глубоководным котловинам. В этих участках часто встречаются и многочисленные подводные вулканы. Поэтому К. К. Зеленов и другие геологи считают, что марганец и железо, так же как кобальт, никель и медь, возникли в результате вулканических процессов. Все эти металлы попали вместе с летучими веществами в толщу океанических вод, а затем при соответствующих условиях выделились в виде осадка.

Железо-марганцевые конкреции на дне океанов - новая база черной металлургии. Американские экономисты подсчитали стоимость одной квадратной мили дна океана, покрытого конкрециями. Она оказалась равной 1,5 млн. долларов. Сейчас в США разрабатываются проекты огромных гидравлических устройств для добычи конкреций производительностью до 5 тыс. т в сутки. Предварительные инженерно-экономические подсчеты показали целесообразность освоения запасов океанического дна.

Заглядывая в недалекое будущее, нужно сказать, что море предстает перед нами как подводная сокровищница. Известно, что за последние 30 лет добыто цветных и редких металлов больше, чем за всю предыдущую историю человеческого общества. Из земных недр получено более 15 млрд. г нефти, добыто 2 млрд. т железа и 50 млрд. т угля. С каждым годом масштабы использования полезных ископаемых все возрастают, но увеличиваются и трудности добычи их со все большей глубины.

Реальный путь в обеспечении человека минеральным сырьем заключается в использовании вод Мирового океана и осадков на его дне. Ныне им уделяется мало внимания. Но в них заключены неисчерпаемые запасы самых разнообразных химических элементов. Ведь морская вода, в которой находится более 80 элементов - своеобразная жидкая руда. В колоссальном объеме океанических и морских вод (1370 млн. км³) растворено 5 • 10¹⁶ т различных солей. Если эти соли выкристаллизовать и рассыпать по поверхности Земли, они покроют ее сшщшным сдоем толщиной в 45 метров!

Скептики могут сказать - концентрация солей в морской воде настолько мала, что едва ли будет выгодно их добывать. Да, действительно, так было до последнего времени. Но теперь стали известны новые средства извлечения солей из растворов (ионнообменные смолы и поверхностно-активные вещества), и поэтому можно надеяться, что эта задача будет решена. А пока что из морской воды получают бром, иод, магний, поваренную соль, мирабилит и некоторые другие виды минерального сырья. Это не так уж мало. Ведь в 1960 г. за рубежом было получено из морской воды 18% магния от общего количества его добычи. Из морской воды выпаривается 6 млн. г поваренной соли, а это составляет 23% ежегодного мирового потребления. Вот и оказывается, что Мировой океан - гигантская база минерального сырья, которая в будущем будет широко использоваться человеком.

Но возвратимся к образованию полезных ископаемых.

Нужно сказать еще об одном полезном ископаемом, образование которого до недавнего времени связывали только с химическими процессами в море. Речь идет о фосфоритах, залегающих в виде пластов. В последние годы слои фосфоритов были обнаружены в Грузии и на Сахалине среди лав и туфов. Уже само сочетание фосфоритов с толщами вулканических пород наталкивает на мысль о выделении фосфора в ходе подводных извержений. Это предположение получило подтверждение во время наблюдений над современными проявлениями вулканизма. Прежде всего нужно сказать, что среди газов, выделяющихся из лавы, заметная роль принадлежит соединениям фосфора. Особенно интересным оказалось изучение состава морской воды в местах активных подводных вулканов. Например, в 1957 г. после подводного извержения в кальдере вулкана Заварицкого (Курильские острова) содержание фосфора в воде Бирюзового озера повысилось с 0,65 мг на литр (до извержения) до 2,12 мг на литр (после извержения), то есть возросло в три с половиной раза.

Чрезвычайно интересны данные о распределении фосфора в водах Карибского моря. Наибольшее количество растворенного фосфора отмечено в районе островов Малой Антильской дуги. А именно здесь находятся мощные наземные вулканы Мон-Пеле, Суфриер, Сент-Винсент и др. Кроме того, воды моря скрывают ряд подводных вулканов.

Итак, в последние годы настойчиво пробивает себе путь представление о том, что первоисточником месторождений пластовых фосфоритов являются вулканы. Попавшие в океаническую воду соединения фосфора переносятся течениями в мелководные участки. Здесь падает давление водяного столба и как следствие этого - уменьшается количество растворенного в воде углекислого газа. При этом изменяются условия существования раствора, и в этой новой обстановке фосфор переходит в осадок, образуя слои на пологом склоне континента - шельфе.