Гидротермальные рудопроявления полей Логачева и Рэйнбоу (Срединно-Атлантический хребет) - новый тип гидротермальных отложений океанских рифтов

Состав гидротермальных растворов

Выше отмечалось, что на гидротермальных полях Логачева и Рэйнбоу в отличие от других полей присутствуют два типа черных курильщиков. В одном из курильщиков поля Рэйнбоу с помощью автономного термометра в течение 40 минут измерялась температура гидротермального флюида с дискретностью 1 мин. В течение этого времени она изменялась от 250 до 348^o С, что является аномальным по сравнению с флюидаими других гидротермальных полей [Богданов и др., 1999].

Важные материалы были получены в результате измерений термохалинных характеристик воды не непосредственно в устьях высокотемпературных источников, а на их периферии, где гидротермальные флюиды уже значительно разбавлены придонной океанской водой. С увеличением температуры воды относительно фоновой (увеличением вклада гидротермального флюида в измеряемой воде) ее соленость либо увеличивается, либо уменьшается относительно фоновой солености [Богданов и др., 1997б]. Иными словами, наблюдается чередование выхода на поверхность дна струй гидротермального раствора, обогащенного либо обедненного солями относительно фоновых значений.

В настоящее время имеется некоторая информация о составе гидротермальных растворов. Следует оговориться, что при столь высокочастотном чередовании существенно различающихся по термохалинным характеристикам струй гидротермального раствора получаемые для химического анализа пробы могут давать только некоторые интегральные характеристики гидротермального раствора, что необходимо учитывать при интерпретации результатов.

Полученная в экспедиции Института океанологии РАН проба гидротермального раствора в устье одного из черных курильщиков поля Рэйнбоу оказалась смесью первичного раствора и океанской воды. Используя опубликованные данные о концентрации кремния в первичном гидротермальном растворе, равной 7 мМ/кг [Douville et al., 1997], было определено, что в исследованной пробе доля первичного гидротермального раствора составляет 15,8%. С учетом этого разбавления были рассчитаны концентрации в нем химических элементов (табл. 3).

Хлорность раствора оказалась равной 753 мМ/кг, т.е. существенно выше хлорности океанской воды и гидротермальных растворов других гидротермальных полей Атлантического океана. Сходная величина (более 750 мМ/кг) была получена для первичного гидротермального раствора поля Рэйнбоу по результатам экспедиции FLORES [Douville et al., 1997]. Концентрации Fe, Mn, Cu и Pb в первичном гидротермальном растворе поля Рэйнбоу сопоставимы с концентрациями этих элементов в растворах других полей САХ. Определены очень высокие концентрации Co, Cd и Ag. Концентрации Cd и особенно Co превосходят все известные значения для первичных гидротермальных растворов океанских гидротермальных полей, а концентрация Ag находится на уровне наибольших величин.

Гидротермальный флюид поля Рэйнбоу обеднен H₂S (менее 2,5 мМ/кг), но обогащен H₂ (13 мМ/кг) и СН₄ (2,2 мМ/кг) [Donval et al., 1997]. Изотопный состав углерода СН₄ флюида поля Рэйнбоу оказался наиболее тяжелым из всех ранее определенных величин в гидротермальных рудопроявлениях океана -13,4 -14,0. Изотопно тяжелым оказался также карбонатный углерод арагонита прожилков в серпентините (от +1 до -4 ). Для сравнения укажем, что в растворенной в океанской воде, в результате трансформации которой формируется гидротермальный высокотемпературный рудоносный раствор, СО₂ (СО₂ + НСО₃^- ) изотопный состав углерода равен от -5 до -6.

Определенные представления о характере первичного гидротермального раствора дает исследование флюидных включений в гидротермальных минералах. Обнаруженные в гипсе гидротермальных отложений поля Логачева включения показали, что в минералообразующей системе данного района одновременно циркулировало несколько гидротермальных растворов, различавшихся по своему фазовому состоянию и химическому составу и не смешивавшихся между собой при физико-химических параметрах, при которых происходило отложение гипса и ассоциированных с ним минералов. Среди них установлен высокотемпературный водный флюид с растворенной NaCl (вплоть до 26 масс.%). Максимальная температура, по-видимому, достигала 365^o С. Наряду с существенно жидким флюидом в системе циркулировал высокотемпературный пар. Химический состав его точно не определен, но преобладающим компонентом являлся водяной пар. Температуры паровой фазы идентичны температурам жидкообразного флюида, что является свидетельством их одновременного захвата.

Ранее было показано, что образование высокотемпературного высококонцентрированного флюида и существенно парообразного флюида произошло вследствие фазовой сепарации суперкритического флюида [Bortnikov et al., 1997] в соответствии с моделью, предложенной в работе [Fournier, 1987].

Таким образом, во флюидах включений в рудопроявлениях полей Логачева и Рэйнбоу наблюдается более высокое содержание солей, чем в морской воде, которая считается главным компонентом флюида, а также во флюидах из других гидротермальных полей, ассоциированных с базальтами. Более того, надежно зарегистрирована фазовая сепарация суперкритического флюида.