Гігантський конвеєр на дні океану

Про походження гидротерм. Ось зараз, читаючи ці рядки, ви рухаєтеся разом зі своїм столом, будинком, населеним пунктом. Точніше - разом зі своєю литосферной плитою, на якій все знаходиться. А в якому напрямку і з якою швидкістю, це залежить від плити. Зазвичай переміщення плит відбуваються дуже повільно - зі швидкістю приблизно 1 см на рік. Однак є плити, що мають швидкість руху в 10-15 разів більшу. Але і при такій швидкості за 80 років ваш будинок пересунеться всього на 8-12 м. Ви цього не помітите, так як одночасно станеться таке ж зміщення всіх сусідніх з вашим будинком предметів.

Інша річ, якби ви повернулися на Землю після тривалої подорожі в космосі зі швидкістю, близькою до швидкості світла. Наприклад, так, як це сталося з героями роману Веркора «Планета мавп». За час їх відсутності на Землі минуло багато тисяч років В цьому випадку знайти свій будинок буде важче.

Вчені нарахували 9 величезних плит і десятки плит поменше, в тому числі мікропліти. Площа окремих плит коливається від сотень мільйонів до декількох сотень квадратних кілометрів. Товщина плит змінюється від декількох кілометрів у їх країв в місцях освіти до 200 км у континентальних.

Відео: 5 найбільш ДИВНІ РЕЧЕЙ знайдених НА ДНІ ОКЕАНУ

На малюнку приведена карта розташування літосферних плит. Найбільша - Тихоокеанська. Вона знаходиться на дні Тихого океану, але займає не всю його площу. Поруч з нею інша плита - Наска, вона значно менше. А по сусідству з ними лежить плита Кокос (її часто називають Кокосової плитою). На вигляд вона найменша з трьох. Вчені припускають, що насправді вона набагато більше: значна частина її пішла під сусідні плити. Три названі плити океанські, т. Е. Вони розташовані під водою і не виходять на сушу.

Є ще шість плит змішаної конструкції: Північноамериканська, Євроазіатський, Африканська, Американська, Індійська, або Індо-Австралійська, Антарктична. Кожна з них об`єднує континентальні (т. Е. Материкові) площі з ділянками океанського дна. Плити перераховані в порядку убування їх площ, всі вони показані на карті. Іноді їх, включаючи три океанські, називають головними плитами. Деякі вчені називають ще Аравійську плиту.

Десять названих літосферних плит займають приблизно 85% всієї поверхні земної кулі. Решта 15% припадають на малі і мікропліти. Мікропліти - уламки, затерті між потужними плитами, знаходяться в межах кордонів головних плит. Втім, окремі мікропліти знайдені в частинах великих плит, далеких від прикордонних. Значення має не розмір, а характер руху і розташування глибинних розломів, по яких плити ковзають в процесі свого переміщення.

Схема розходження літосферних плит при спрединге.

Основне положення теорії тектоніки - все плити літосфери перебувають в безперервному русі.

Рух плит має різний характер. Плити можуть ковзати уздовж своїх кордонів, переміщатися в горизонтальній площині по перпендикуляру до прикордонної лінії в ту або іншу сторону. Іноді навіть робити невеликі переміщення у вертикальному напрямку.

Взаємне переміщення плит часто призводить до деформації їх країв. А коли межа пружних деформацій порід перевершує допустимі значення, утворюються розломи і виникають землетруси. Великі або малі, в залежності від розмірів областей, охоплених деформацією. Тому прикордонні області між плитами називаються поясами сейсмічності. Це - неспокійні райони. Тут відбувається не менше 95% всіх землетрусів Землі. Решта 5% припадають на так званий внутріпліточний вулканізм.

літосферних плит

Провідні вчені вважають наявність сейсмічних поясів головною ознакою для визначення сучасних кордонів між окремими плитами. Межі між плитами на дні океанів визначаються експериментально за допомогою особливої вимірювальної техніки - багатоканального сейсмічного профілювання.

При русі плити можуть розсуватися між собою. Процес розсування сусідніх плит називається спредингом. Він має особливе значення для освіти гидротерм. Спрединг спостерігається в рифтових долинах серединно-океанічних хребтів.

На рельєфній карті дна Атлантичного океану в лівій частині (див. Рис.) Добре видно Серединно-атлантичний хребет. Він змійкою в`ється по дну майже по меридіану від Антарктиди вгору на Північ, до просторів Північного Льодовитого океану. У різних частинах по своїй довжині хребет має окремі назви. У Арктичному басейні він закінчується трьома паралельними гірськими хребтами: Гаккеля, Ломоносова і Менделєєва.

В одному місці частина Серединно-Атлантичного хребта виходить на поверхню - це острів Ісландія. Утворений він лавою, піднялася на поверхню з рифтової долини хребта. Сам хребет залишився, зрозуміло, внизу.

Ісландія - країна вогнедишних вулканів, гейзерів і гарячих джерел. Опалення більше половини житлових будинків, шкіл, лікарень, теплиць і промислових підприємств ведеться там за рахунок гидротерм. Є навіть електростанції на гідротермах, як у нас на Камчатці. Гідротермальні джерела дають дуже великий тепловий потік: 2,2- 1012 великих калорій в рік на 80 тис. Км серединних хребтів. Ця цифра - до 30% всього теплового потоку на земній кулі. У 250 км від Північного полярного кола тепло гидротерм допомагає вирощувати огірки, дині, помідори, квіти і банани!

Відео: ХТО ПРОЖИВАЄ НА ДНІ ОКЕАНУ # 5 - Урса 1-26 [DOTA 2]

За рахунок виверження підводного вулкана 14 січня 1963 р територія Ісландії збільшилася на 3,75 км² - Утворився острівець. Виверження вулканів (їх близько 200, причому 30 - діючих) тут відбуваються в середньому кожні п`ять років. Країною льодів і вогню називають Ісландію.

По осі кожного серединного хребта чітко простежується глибока рифтова долина. Хребет як би розсічений по всій довжині на дві частини - східну і західну. Симетричність будови схилів вправо і вліво по осьовій лінії хребта свідчить про подібність відбуваються тут, по обидва боки. У правій частині карти знаходиться Серединно-Індійський хребет. На ньому також добре видно рифтовая долина.

Дно океанів в основному гори. Цей дивовижний факт був встановлений всього чверть століття тому. Зовсім недавно вважалося, що дно океанів - плоска рівнина і там немає нічого цікавого, за винятком рідкісних підводних гір. Вершини деяких з них виходять на поверхню - це острова. І тільки.

Глобальна система серединно-океанічних хребтів має сумарну довжину близько 80 тис. Км. Подібних гігантських гірських систем немає на поверхні Землі. Вершини численних підводних гір підносяться над дном океану на 2,5-3 км, а ширина хребтів біля основи доходить до 2-3 тис. Км.

Як показують спостереження з підводних населених апаратів, схили рифтових долин, звернені до осі хребтів, дуже круті. Там часто зустрічаються обривисті уступи висотою в кілька сотень метрів. За геологічною будовою рифтових долин вчені судять про що протікають в них геофізичних процесах. А вони там йдуть досить бурхливо. Рифтовая долина - одне з найзагадковіших утворень серединних хребтів. Це щілина в таємничі надра нашої планети.

Якщо взяти проби донного грунту, а потім визначити в лабораторії їх вік, то виявиться, що з віддаленням від осі рифтової долини вік порід буде зростати.

Саме так вчинили американські дослідники в 1968 р, коли за допомогою плавучої бурової вишки «Гломар Челленджер» їм вперше вдалося взяти для аналізу зразки донних порід на різних відстанях від осі Серединно-Атлантичного хребта. Одночасно було визначено вік намагніченості зразків. Виявилося, що він також збільшується при видаленні від хребта. Періодично вимірюється і знак намагніченості.

Дослідження привели вчених до висновку, що в рифтових долинах серединних хребтів утворюється нова океанська кора, яка поступово розповзається в обидві сторони від породила її долини.

На дні океанів як би працює гігантський конвеєр. Він переносить молоді блоки літосферних плит від місця їх зародження до континентальних околиць океанів. Дорога, як правило, довга - адже блоки плит повинні перетнути половину ширини океану. А швидкість руху маленька.

Нехай плита утворилася в рифтової долини на відстані 1500 км від найближчого берега. Приймемо для простоти підрахунку швидкість її переміщення = 10 см / рік. Щоб досягти берега, цій плиті потрібно 15 млн. Років. По дорозі на плиті будуть накопичуватися різні опади. До кінця подорожі їх максимальний вік, як показали дослідження, буде близько 10-15 млн. Років. Після проходження свого шляху плита опуститься в глибоководний жолоб і пірне під континент, назад в астеносферу, з якої вона утворилася в рифтової долини (звичайно, розплавилися у міру занурення). Так замикається коло життя кожної плит літосфери. Літосферних конвеєр працює не безперервно, а дискретно, т. Е. Переривчасто, стрибками. Про це свідчать останні дані.

На рельєфній карті Тихого океану особливо добре видно кільце глибоководних жолобів, що оточують океан по околицях. Його називають вогненним кільцем. Кільце - одне з найбільш неспокійних місць планети. Ще не розм`якшити як слід блоки літосферних плит «зі скрипом» занурюються в тісний простір жолобів. Тому в районі вогняного кільця часто виникають землетруси.

Рельєфна карта Атлантичного і Індійського океанів.

Коли починається спрединг і краю сусідніх літосферних плит розходяться, в утворену між ними щілину знизу піднімається магма - базальтовий розплав з астеносфери. Речовина астеносфери перебуває в стані, близькому до плавлення. Тому ця програма може текти. Вважається, що розплав має властивості ньютонівської рідини і має в`язкість близько 10<sup>20</sup> -10<sup>21</sup> пуаз (при ламінарному плині має постійну в`язкість, не залежну від режиму течії в області докритичних значень числа Рейнольдса). Але не з усієї астеносфери, а з найближчого приповерхневого магматичного вогнища, або камери. Так називається ще мало вивчена гаряча осередок в астеносфері, звідки відбувається виливання магми в рифтовую долину. Не завжди піднімається вгору магма йде на «мирне будівництво» нової кори океану. Іноді, і, на жаль, нерідко, вона виливається на поверхню Землі. Тоді вона загрожує бідою всім, хто виявиться поблизу. Так, влітку 1984 року в районі порту Рабаула (Нова Гвінея) почалися підземні поштовхи з магнітудою до 5,5 за шкалою Ріхтера. Магнітудою називається логарифм відносини, в чисельнику якого стоїть максимальне зміщення земної поверхні в хвилі, або максимальна швидкість, а в знаменнику - аналогічна величина для землетрусу, магнітуда якого прийнята за 0. Частота поштовхів досягала 1400 на місяць! Трясло через кожні півгодини. Вчені пов`язують це тривалий землетрус з підйомом великої ділянки земної кори на дні бухти Бланч. За останні 2 роки він піднявся приблизно на метр. Тут на дні є розломи в корі океану, які активізувалися в останні 10 років.

Фахівці прийшли до висновку, що в цьому місці виштовхується на поверхню вміст магматичного вогнища. Утворюється новий вулкан, бурхливий виверження якого вважається цілком реальним. У район розгортаються подій прийшло кілька науково-дослідних суден. Вчені отримали унікальну можливість безпосередньо спостерігати процес утворення вулкана.

Але повернемося до процесів в рифтових долинах. В щілину між плитами, що утворилася в результаті спрединга, зверху падає вода. Виникає протиборство вогню і води. Піднявся по щілини магматичних розплав поступово твердне на рівні, відповідному гидростатическому рівноваги. Це означає, що блоки новоутворених літосферних плит плавають на поверхні астеносфери, як шматки льоду на поверхні води.

Одночасно з отвердінням йде хімічна реакція гідратації (взаємодія магми з водою, що супроводжується утворенням гідратів з`єднань), в результаті якої поступово утворюється нова кора океану.

При наступних спалахи тектонічної активності новоутворені блоки піднімуться вище через верхні краї плит, штовхаючи перед собою раніше утворені. Саме тому вік порід дна збільшується з віддаленням від осі рифтової долини. У рифтових долинах утворюється багато глибоких тріщин. Глибина їх сягає 3 км, ширина різна, часто всього кілька міліметрів. Їх можна бачити з підводних населених апаратів. Розрахунки показали, що ширини щілини всього в 3 мм вже досить для циркуляції в ній морської води. Широка циркуляція води по глибоких тріщинах призводить до утворення гидротерм.

У тріщинах при контакті солоної води з розпеченим базальтом початковий хімічний склад води і її температура змінюються. Вода сильно нагрівається і насичується іонами марганцю, заліза, кремнію, цинку, калію та інших елементів. Відбуваються хімічні реакції між елементами, що містяться в солоній воді океану і вимиває з шарів базальту. В результаті на поверхню дна океану назад виходять струмені гидротерм, значно відрізняються за своїм хімічним складом від звичайного складу води океану. Гідротерми утворюються не тільки в зонах спрединга, але і в зонах Трансформаційний розломів. Так називаються місця на дні океанів, де краю плит ковзають один по одному, не розходячись і не зближуючись, більш-менш паралельно. В таких районах також багато глибоких тріщин, куди проникає вода океану і де, отже, може відбуватися утворення гидротерм.

Інтенсивність процесу утворення нової кори визначається швидкістю спрединга (числом сантиметрів, на які розходяться за один рік дві сусідні плити літосфери). Це дуже важливий параметр. Швидкість вважається малою, якщо вона менше 6 см / рік, великий - якщо більше 6 см / рік.

Повільно розширюються хребти складають половину всієї системи серединно-океанічних хребтів. У них гідротермальних діяльність не настільки інтенсивна, як у швидко розширюються. Але вони вважаються перспективними в сенсі пошуку корисних копалин (поліметалічних руд). Граничною ще недавно вважалася швидкість 15 см / рік. А тепер з`явилося повідомлення про виявлення надшвидкісного спрединга. Він відкритий в південній частині Східно-Тихоокеанського підняття (Галапагоський хребет). Тут швидкість розсування плит досягає 16 см / рік. Вважається, що це - найвища швидкість спрединга на Землі.

Сумарна швидкість розбіжності двох плит не означає, що швидкості обох плит рівні. Наприклад, в районі Фамоус (Атлантика) сумарна швидкість дорівнює 2,4 см / рік, але швидкість зі східного боку вище, ніж із західною.

Швидкість 3 см / рік відповідає швидкості близько одного мікрометра в секунду (10^-7 см / с). Приблизно з такою швидкістю ростуть деякі дерева, рухаються льодовики і частки при броунівському русі. Швидкості такого порядку вимірюються за допомогою лазерних допплеровских анемометрів (ЛДА). Саме за допомогою цих цікавих приладів були виміряні і швидкості руху літосферних плит.

Згадаймо принцип ефекту Допплера: спектр сигналу, відбитого від рухомого предмета, відрізняється від спектра початкового сигналу. Например, тон звукового сигнала электрички, проходящей без остановки мимо платформы, на которой вы стоите, заметно изменяется на слух в процессе ее движения. Коли вона швидко підходить, частота звуку її сигналу помітно наростає - звук стає вищим, а коли вона минула платформу і віддаляється від вас, звук не тільки робиться більш тихим, але і знижується його частота - звук стає басовитим. Відбувається це тому, що при наближенні поїзда швидкість самого джерела, т. Е. Гудка, складається зі швидкістю поширення звуку в повітрі. В результаті кожну секунду в вухо потрапляє більша кількість звукових хвиль. Нерухомий спостерігач чує підвищення тону гудка. При видаленні поїзда все відбувається навпаки - в одиницю часу потрапляє менша кількість звукових хвиль, що відповідає удаваному зменшення висоти тону гудка для нерухомого спостерігача.

При вивченні руху літосферних плит користуються не акустичними сигналами, а електромагнітним випромінюванням від лазерів. Спочатку були створені стаціонарні, т. Е. Нерухомі, установки. Вони дозволили виміряти швидкість пересування окремих гірських вершин. Подібні вимірювання проводяться, наприклад, в Гімалаях.

А тепер зроблений вдалий досвід вимірювання швидкості переміщення літосферних плит, які перебувають на поверхні Землі, за допомогою супутників.

Для цієї мети англійські вчені створили космічну систему з одинадцяти штучних супутників, що знаходяться на різних висотах: від 1 до 6 тис. Км. На супутниках змонтовані дзеркала, що відображають імпульси променів лазерів, що посилаються з поверхні Землі. Відлік часу з моменту посилки променів до моменту їх повернення дозволяє з необхідною точністю вимірювати руху плит, що утворюють земну кору. Ще ніхто не виміряв швидкість переміщення плит на дні океану в зоні Рифт або в зоні сейсмічних поясів.

Вчені опускають туди донні сейсмографи - особливі магнітофони, здатні вловлювати дуже низькі частоти. Вони часто реєструють там мікроземлетрясенія, про яких на поверхні ніхто і не здогадується. Донні сейсмографи - дуже чутливі прилади. Вони записують шарудіння і шуми, що виникають при найменших рухах плит, поблизу яких вони встановлені на дні. Розвивається нова область сейсмології, яка повинна допомогти людям своєчасно отримати інформацію про землетрус, що насувається.

Рифтові зони відносяться до числа найбільш вивчених районів серединних хребтів. Вони - в центрі уваги вчених різних спеціальностей. Як влаштований гігантський механізм, що змушує плити переміщатися? З цього приводу висловлено багато різних гіпотез і зроблено дуже багато експериментів, але число питань не зменшилася. Наприклад: чому в нізкоспредінгових хребтах спостерігається бічне підняття скидних ступенів по краях рифту? Чому їх немає там, де відбувається швидке спрединг?

Що таке субдукция і що вона може? Якщо дві плити літосфери рухаються назустріч один одному, т. Е. Сходяться, то настає момент, коли вони стикаються. Розвивається процес поддвига і занурення однієї з плит під іншу. Такий процес називається субдукцией. Зони, де вона відбувається, цікаві з точки зору пошуку корисних копалин.

Край плити, який опинився зверху, згрібає опади з поверхні плити, що йде вниз. Верхня плита працює як ніж бульдозера. В результаті на поверхні йде вниз плити з`являються потужні складки осадових порід. Складки ці утворюють структурні пастки, де можуть накопичуватися великі кількості нафти і газу (див. Рис.). Нафта і газ легший за воду. Тому вони прагнуть спливти. Якщо цьому перешкоджає досить щільний шар опадів, то нафта і газ будуть накопичуватися в найвищому місці, т. Е. В складках під куполами. Передбачається, що подібний механізм сприяв утворенню декількох великих родовищ нафти і газу в різних частинах земної кулі.

Схема «бульдозерного» ефекту.

Але субдукция дає не тільки позитивний ефект. Зіткнення літосферних плит призводить до землетрусів. Іноді дуже сильним, коли гине багато людей. Приклад - землетрус в Мексиці в 1985 р

Плита Кокос рухається в східному напрямку. Вона підсувається під Північно-Американську плиту біля західного узбережжя Мексики. Плити рухаються з середньою швидкістю 6 см / рік назустріч один одному. Поддвига Кокосової плити відбувається під ту частину Північно-Американської плити, яка є ділянкою дна Тихого океану в цьому районі. При переміщенні плит виникають великі механічні напруги, зосереджені на найбільш міцних відрізках.

19 вересня 1985 р 7 ч 18 хв на глибині 15 км під р Ласаро-Карденас відбулося вспариваніе одного з найбільш напружених ділянок на кордоні між двома плитами. У цьому місці краю плит розійшлися протягом декількох секунд майже на 2 метри! Сила підземного поштовху досягла 8,1 бала за шкалою Ріхтера. Але руйнування, як повідомляла преса, були порівняно невеликими. Прискорення руху поблизу епіцентру було в межах 15% від прискорення сили тяжіння (g). Відомо, що при землетрусах, що відбулися раніше в інших районах, прискорення досягало одиниці g, т. Е. 9,81 м / с². У наступну хвилину імпульс поширився на 170 км уздовж розлому, через 2 хв з невеликим він пройшов 360 км і досяг р Мехіко.

У Мехіко живе близько 18 млн. Чоловік. Тут коливання Землі викликали руйнування багатьох сотень великих будівель і загибель тисяч жителів. Найбільш сильні коливання були відзначені в щільно забудованому високими будинками центрі міста. Трагічний ефект був особливо великий через несподіване механічного резонансу, який виник в глинистому ґрунті, на якому стоїть місто.

Велика частина міста розташована на території висохлого стародавнього озера, від якого залишився товстий шар глини. Власний період механічних коливань цього шару виявився близьким до 2 с. Приблизно той же період мали сейсмічні коливання, що виникли при вспариваніе. В результаті під містом виник резонанс, значно підсилив катастрофу.

Особливо постраждали ті будівлі, власний період коливань яких був близький до резонансного.

Кожен поверх дає період коливань приблизно в 0,1 с, тому будівлі в 20 поверхів теоретично мали резонансний період в 2 с. Зруйнувалося 300 будинків висотою від 6 до 15 поверхів. Це свідчить про розмитості кривої резонансу, що спостерігається завжди при недостатньо добротному резонаторі.

Вчені поки що не навчилися точно передбачати землетруси. Якби вдалося контролювати механічні напруги в місці контакту двох плит, то, ймовірно, можна було б отримати корисну інформацію, що попереджає про катастрофу, що насувається.

Однак проникнути в глибину кори океану на півтора десятка кілометрів дуже важко. Вчені ще тільки освоюють техніку надглибокого буріння (свердловина на Кольському півострові).

Нещодавно встановлено, що зіткнення літосферних плит не тільки загрожує землетрусом, а й впливає на клімат. Вплив це виявляється за кілька місяців до катастрофи. У районах, де очікувалося сильний землетрус, спостерігалися різкі аномалії погоди. Над вогнищами майбутніх катастроф була задовго відзначена максимальна сонячна радіація, найбільша кількість ясних днів, найвища температура повітря і швидкість вітру, мінімальна хмарність, вологість і найменша кількість опадів.

Наприклад, перед катастрофічним землетрусом в Ашхабаді 1948 р минулої зими було найбільше число годин сонячного сяйва за багато років. Другий максимум цього параметра спостерігався взимку 1967 -1968 р, перед другим ашхабадський землетрусом.

М. Р. Мількісом зібраний великий матеріал за спостереженнями 120 метеостанцій, що підтверджує появу погодних аномалій і в інших районах Туркменії і Узбекистану перед великими землетрусами.

Отже, необхідно спостерігати за погодою, порівнювати з тим, якою вона була раніше, і робити відповідні висновки. Однак зробити правильний висновок не завжди просто.

У 1986 р на Чорноморському узбережжі Кавказу стояло надзвичайно спекотне літо. Кілька місяців не було дощів. Відносна вологість повітря часом досягала надзвичайно низьких значень. Траплялися й сильні вітри. Чи можна за цими даними з упевненістю сказати, що буде сильний землетрус? Думаю що ні. Адже така погода траплялася тут і раніше, приблизно один раз в 5-6 років. І не було землетрусів. Отже, необхідна ще додаткова інформація.

М. Р. Мількіс вважає, що погодні аномалії в областях, де готуються землетрусу, пов`язані з тепловими та електричними явищами, що виникають в процесі підготовки сейсмічного удару.

Схожа точка зору була висловлена раніше іншими дослідниками. 4 березня 1977 р за кілька годин до сильного землетрусу в Карпатах академік М. А. Садовський спільно зі своїми співробітниками Г. А. Соболєвим і Н. М. МІГУНОВА зареєстрували підвищену кількість електричних розрядів на відстані близько 300 км від майбутнього епіцентру землетрусу. Напрямок приходу сигналів було близьким до епіцентру. Більше 80% зареєстрованих імпульсів відхилялися від напрямку на епіцентр не більше ніж на 15 °. Спостерігалося світіння атмосфери поблизу епіцентру. Одночасно були відзначені численні збої в роботі ЕОМ і телеграфного зв`язку.

Приймальна апаратура дозволяла відокремити сигнали сейсмічного походження від звичайних перешкод, створюваних грозовими хмарами, хмарами пилу, вітром і т. П. Дуже цікаве питання про походження радіохвильових провісників землетрусу. Вчені вважають їх вторинним випромінюванням, що виникають завдяки особливій модуляції звичайних електромагнітних випромінювань розрядів блискавок. Воно виникає при відображенні електромагнітних хвиль розрядів в атмосфері (атмосфериків) від приземного шару атмосфери, іонізованого внаслідок сейсмічної активності. Поза сейсмоактивної зони виникає інтерференція прямих і відбитих хвиль, що призводить до зміни природного випромінювання розрядів блискавок.

На закінчення кілька слів про одне геологічному подію, що сталася давним-давно.

Вчені вміють обчислювати за допомогою ЕОМ траєкторії руху окремих літосферних плит. Завдяки цьому вдалося зробити реконструкцію положень материків в різні періоди геологічної історії Землі.

Плити літосфери здійснюють складні переміщення по поверхні Землі. Рух будь-плити відбувається навколо своєї осі, що проходить через центр Землі. Але іноді деякі плити або, точніше, їх шматки поводяться дивним чином - цього поки не може пояснити теорія. Згадаймо про Аляску. У наші дні це північний край Північно-Американської плити літосфери. Але так було не завжди.

Вивчення складу гірських порід, їх намагніченості і скам`янілих решток вимерлих організмів привело американського геолога Дж. Селібі до висновку, що частина Аляски, прилегла до Канади, 375 млн. Років тому належала Австралії. А потім цей шматок відірвався від східній частині Австралії, перемістився через Тихий океан, зробив зупинку біля узбережжя Перу, потім рушив у бік Каліфорнії, відрізав від неї невелику прибережну частину з золотоносними жилами, після чого прийшов на своє нинішнє місце ...

Освіта сульфідних руд. Вода гидротерм - рідка руда. У ній розчинена велика кількість з`єднань різних металів, таких, як залізо, марганець, мідь, цинк, кобальт, нікель і ін.

Вимірювання в «чорних курців» показали, що струмінь чорного кольору з температурою близько 330 ° С виходить з труби зі швидкістю від 0,5 до 2 м / с. Витрата води для труби з внутрішнім діаметром 3 см коливається в межах від 3,5 до 14 л / с. Концентрація іонів металів близька до 0,1 г / л. Одна труба з витратою приблизно 10 л / с при такій концентрації дає близько 100 кг металу на добу. Значна частина винесених в струмені металів нічого не осідає тут же на дно, а розсіюється навколо, утворюючи поліметалічні опади і, можливо, конкреції.

Безпосереднє використання гидротерм для видобутку тих або інших металів в даний час вважається економічно невигідним. За підрахунками американських дослідників, для отримання 1 т цинку потрібно переробити приблизно 6 млн. Т термальної води. Стільки вивергає середній «курець» за кілька місяців. Одна тонна цинку варто (за цінами 1986 г.) близько 1 тис. Рублів. За такі гроші дістати з великої глибини і переробити кілька мільйонів тонн гарячої води неможливо. Інша працювати з використанням сульфідних руд, що утворюються природним шляхом в поле гидротерм.

У гидротермальном розчині міститься близько 0,01% заліза і впродовж кількох десятитисячних доль відсотка цинку, марганцю, міді, кобальту та інших цінних металів. Є багато кремнезему (0,129%), сірководню (0,021%) і кальцію.

Після виходу гідротермальний розчин змішується з холодною водою океану. Відбуваються різні хімічні реакції, в тому числі що призводять до утворення «чорного диму» (суспензія дрібних частинок сульфіду заліза). Це з`єднання нерастворимо в воді, тому воно випадає у вигляді чорного диму. А потім сідає на дно, утворюючи поклади сірчистого заліза, відомого в геології під назвою піриту.

У місцях виходу гидротерм завдяки осадженню навколо струменя сульфату кальцію утворюються труби. Кальцій - з розчину, сульфат - з морської води. Схема хімічних реакцій, що відбуваються в «чорних курців», показана на малюнку. Поступово труби розростаються, їх внутрішня поверхня реагує з нерозбавленою струменем гідротерми і розчиняється. В результаті сульфат кальцію заміщається сульфідними мінералами. Утворюються сульфідні руди - цінна сировина для промисловості. Процес йде не тільки вгору, але і вшир за рахунок бічних проривів струменя через стінки труби. Поступово на дні океану утворюються сульфідні поклади, що досягають товщини в кілька десятків метрів і довжини в сотні метрів. Освіта відкладень може привести до «засмічення» труб і, отже, до припинення функціонування гидротерм на даній ділянці поверхні дна. З «Алвина» спостерігали безліч «пересохлих» труб на протязі до 600 м по осі хребта. Відкладення сульфідних руд в цьому місці сягає товщини в кілька десятків метрів! Мільйони тонн цінної руди. Питання полягає в тому, як краще організувати їх видобуток.

Цікаво, що підтвердження описаного механізму освіти гидротерм було знайдено на поверхні Землі. Йдеться про офиолитового комплексі Оману на узбережжі Аравійського моря. Офіолітами зазвичай називаються комплекси, де базальтові породи лежать поверх ультраосновной океанічної кори. Вони являють собою легкий шлак, що піднявся в верхню частину грандіозної плавильної печі, якою є надра Землі. З базальту складається океанічне дно. Базальтовий шар «вийшов» на материк в результаті зіткнення літосферних плит. Оголився листковий пиріг - офіоліт. Крім Оману подібні структури зустрічаються в Каліфорнії, Тибеті, на острові Кіпр, в прибережній зоні північно-східного Середземномор`я і в інших місцях.

Вивчення офиолитового комплексу Омана показало, що колись морська вода проникла в товщу порід під дном океану на глибину більше 5 км, де і сталася хімічна реакція з породами океанської кори при температурі близько 400 ° С.

А потім, через довгий в геологічному розумінні час, ділянка океанічного дна була витіснена тектонічними силами на поверхню Землі в районі Оману. Тепер тут вчені мають можливість, не занурюючись в океан, вивчати хімічні реакції, які відбуваються давним-давно в глибинах Землі під дном океану.

Вивчення офіолітових комплексів має велике практичне значення, оскільки в них зустрічаються металоносні опади і рудні тіла (у вигляді лінз вони часто зустрічаються в Офіоліти в різних кінцях Землі). У них містяться мільйони тонн піриту.

Передбачається, що в глибинах океанів на дні багато сульфідних руд, багатих різними металами, в тому числі сріблом. Наприклад, сульфідна руда з Східно-Тихоокеанського підняття (21 ° с. Ш.) Містить близько 50% чистого цинку, 0,75% міді, 0,35% свинцю, 700 г / т кадмію і до 400 г / т інших металів. Настільки ж багаті цінними металами сульфідні руди з трьох інших родовищ на дні океану. Вчені шукають промислові родовища сульфідних руд. Сульфідні руди дуже цінні. Тому навіть невеликі поклади їх мають промислове значення. Нещодавно було повідомлення про те, що спільна франко-американська експедиція знайшла в одній з рифтових долин Тихого океану поклади сульфідних руд у багато мільйонів тонн. Пошуки велися з борту французького підводного жилого апарату «Сиана» методом електророзвідки. Родовище це має промислове значення. Будуть знайдені і інші родовища цих найцінніших руд. Питання полягає в тому, як краще організувати їх розвідку, а потім - видобуток.

Гідротерми мають велике значення в геології та хімії світового океану. Вони - джерело їжі для дивовижних тварин в глибоководних оазисах, і крім того, вони створюють в глибинах рудні поклади цінних металів. Однак в Світовому океані є й інші механізми утворення рудних покладів, наприклад залізомарганцевих конкреції і коркові руди. Передбачається, що гідротерми є також важливим фактором, що визначає хімічний склад вод океану в цілому через ланцюжок природних взаємозв`язків. Гідротерми впливають і на клімат Землі.

Де і як утворюються коркові руди. У літосферних плитах на дні Світового океану іноді відбуваються внутріпліточние вулканічні виверження. Лава піднімається по окремим щодо вузьких каналах, що утворюється в океанській корі. Розтікаючись навколо центрального каналу, вона поступово утворює конічну «будівництво», круглу або еліптичну в перерізі, з крутизною схилів від 5 до 35 °, звану підводного горою.

Підводні гори, як правило, витягнуті в ланцюзі у внутрішніх частинах літосферних плит, далеких від країв. На їх вершинах часто утворюються поглиблення, т. Е. Кратери, де відбувається виливання лави. Якщо діаметр кратера більше 2 км, то він називається кальдеро. Часто зустрічаються підводні гори з плоскими вершинами. Вони називаються гайотами. Припускають, що плоскі вершини утворюються при заповненні кальдер лавою через кільцеві канали.

Гайот представляють особливий інтерес: на їх схилах виявляють цінні залізомарганцевих руди з високим вмістом кобальту. Вони називаються корковими рудами.

Зміст кобальту в зразках коркових руд, знайдених радянськими фахівцями на двох Гайот в Тихому океані, перевищує 1%. Це дуже високий вміст цінного металу. При такій концентрації один Гайот може дати десятки мільйонів тонн дефіцитного металу. Тому коркові руди вважаються одними з найбільш перспективних океанських руд.

Знайти новий, ніким не відкритий і не показаний на картах Гайот - велика удача. Це вдалося вченим в 9-му рейсі науково-дослідного судна «Академік Мстислав Келдиш» Інституту океанології ім. П. П. Ширшова АН СРСР. В кінці 1984 року вони знайшли Гайот в Тихому океані, в системі Магелланових гір, що знаходяться в Східно-Маріанської улоговині.

Новий Гайот отримав назву Гайот Інституту океанології Академії наук СРСР (Гайот ІОАН). Він височить над поверхнею улоговини більш ніж на 4500 м. Неподалік від Гайот Іта-Майтана, який має висоту більше 6 тис. М, а його вершина розташовується на глибині 1400 м. Обидві підводні гори були детально обстежені за допомогою підводних населених апаратів «Пайсіс» . Було зроблено кілька маршрутів, по 5-6 ч кожен. Спостерігач - геолог в підводному апараті «йде» з геологічного маршруту майже так само, як він звик це робити на суші. Тільки зразок породи він бере не руками, а за допомогою маніпулятора, так дивиться він через ілюмінатор, на який тисне вода з силою близько 100 т.

На Гайот Іта-Майтана в Тихому океані на глибині 1950 м маніпулятором підводного апарату «Пайсіс» відбирається біологічний зразок: бесстебельчатие лілії, які сидять на горгоновом коралі.

Досліджені радянськими вченими Гайот були островами і рухалися разом з плитами літосфери, на яких вони виникли. Протягом тривалого часу відбувалося повільне занурення цих островів, їх схили поступово перетинали шар кисневого мінімуму. Передбачається, що ця обставина мала вирішальне значення для освіти коркових руд.

Шар кисневого мінімуму утворюється в океані на глибинах від 600 до 2000 м. Кисень тут витрачається на окислення органіки. В межах цих глибин відбувається розкладання основної маси органічної речовини планктону. Кобальт інтенсивно поглинається планктонними тваринами з морської води. А при розкладанні планктонних організмів в шарі кисневого мінімуму кобальт знову переходить в воду, збагачуючи її. Тут він і захоплюється рудним речовиною. Таким шляхом відбувається збагачення формуються железомарганцевих корок не тільки кобальтом, але також нікелем і міддю.

Серед нагромаджень железомарганцевих корок Гайот Іта-Майтана на глибині 1800 м апарат зустрів вугра.

За спостереженнями радянських вчених, розсіяні метали можуть концентруватися лише в тому випадку, якщо нерудні компоненти, т. Е. Найтонші частки глинистих і уламкових мінералів, в тому числі нерозчинні залишки планктонних організмів, будуть виноситися за межі області накопичення руди. Для цього необхідно підводна течія у дна зі швидкістю в межах 3-30 см / с. Початок освіти рудних корок на Гайот Іта-Майтана і ІОАН сталося близько 20 млн. Років тому. Геологи називають цей час середнім міоцені. Воно відповідає початку льодовикового періоду, з яким пов`язано посилене перемішування води в океані, збільшення біологічної продуктивності океану, освіта шару кисневого мінімуму і початок широкого освіти коркових руд на підводних горах.

На підводних горах Лайн і Маркус-Неккер, Іта-Майтана і ІОАН виявлені коркові руди більш раннього віку - близько 100 млн. Років. Геологи пояснюють це тим, що корки утворилися під час перетину горами екваторіальній області, де біопродуктивність була високою протягом більш 100 млн. Років.

Для освіти коркових руд на підводних горах необхідний збіг цілого ряду незалежних факторів: наявність пологих схилів, тривале перебування їх на глибинах шару кисневого мінімуму, інтенсивна циркуляція оточуючих схили придонних вод і ін.

Вивчення історії різних районів дна Світового океану дає можливість планувати пошуки гайотов з покладами цінних руд, оскільки освіту руд залежить від геологічної і фізичної історії підводних гір.

До відкриття коркових руд найбільше економічне значення серед руд океану надавалося желе-зомарганцевим руд. Чи не втратили свого значення вони і тепер. Однак за рідкісним винятком поля железомарганцевих конкрецій лежать на середніх і великих глибинах океану - від 4 до 5-6 тис. М. Промисловий видобуток конкрецій з таких глибин важка. Потрібні спеціальні судна. Використання цих конкрецій - найближча перспектива для металургії.

Коркові руди на схилах гайотов знаходяться на глибинах від 200-300 до 2500 м. Тому добувати їх буде легше. І це перспектива не настільки віддаленого майбутнього. Для цього потрібна особлива техніка.

Чому не тонуть конкреції? На дні океанів є гігантські поклади конкрецій. Вони оцінюються приблизно в 2-3 трлн. т. У середньому конкреції містять: марганцю - 25%, заліза - 14%, нікелю - 1,9%, міді - 0,5%, кобальту - 0,4%, в невеликих кількостях свинець, радіоактивні, розсіяні і рідкісні елементи. Запаси деяких хімічних елементів в конкрециях у багато разів перевищують розвідані запаси на суші. Щільність конкрецій коливається в межах 1,91 -1,95 г / см³. Конкреції лежать на шарі рідкого мулу з щільністю від 1 до 1,4-1,6 г / см3, але не тонуть, а як би плавають. Але плавати вони не можуть! Адже вони значно важче рідкого мулу. Згадайте закон Архімеда. Питається: чому ж вони не тонуть?

У мул конкреції часто занурені в повному обсязі. Тому верхні частини їх бувають оточені морською водою, щільність якої, як відомо, не перевищує 1,033 г / см3. Отже, що виштовхує сила ще менше в порівнянні з тією, яка була б при повному зануренні конкрецій в мул. Але конкреції стійко тримаються на поверхні мулу.

Подив викликає ще одна обставина. Швидкість зростання конкрецій в океані дуже мала - всього кілька міліметрів в мільйон років, а швидкість утворення опадів на дні океану приблизно в тисячу разів більше - міліметри за тисячу років. Тому конкреції повинні були б давно зникнути під шаром опадів товщиною в багато метрів. Але цього не сталося. У чому ж справа? Як пояснити таку дивну «непотоплюваність» конкрецій?

Є кілька гіпотез, що пояснюють таке незвичайне явище в Світовому океані.

Одна з гіпотез пояснює дивну поведінку конкрецій діяльністю донної фауни. Передбачається, що тварини, що плазують по дну, весь час виштовхують конкреції на поверхню донних опадів. Або тим чи іншим способом згрібають опади з верхніх частин конкрецій, зіштовхуючи опади вниз. Відповідно до цієї гіпотези, бентосні тварини повинні безперервно працювати, як бульдозери.

Є й інші гіпотези. Наприклад, гідродинамічна, згідно з якою конкреції постійно перекочуються і перевертаються придонними течіями і тому залишаються на поверхні. Сейсмічна гіпотеза припускає струшування і перевертання конкрецій за рахунок сейсмічних явищ.

Передбачалися і інші гіпотези, що зв`язують, наприклад, очищення конкрецій з сповзанням шару опадів по похилих площинах дна за рахунок сили тяжіння. Висловлювалися навіть припущення, що конкреції зростають швидше, ніж опади!

На глибині 1650 м, на вже відмерлої скляній губці оселилися лілії. Вони піднялися вище від дна, де сильніша течія і де більше поживних речовин. Гайот ІОАН, Тихий океан.

У 1983 р радянські вчені І. М. Горяїнов, Г. І. Горяїнова пояснили «непотоплюваність» конкрецій особливим фізичним властивістю рідкого мулу. Вони вважають, що рідкий мул володіє не тільки грузлими властивостями, але також і деякою пружністю. Частинки мулу, зчеплені між собою, утворюють під конкрециями подобу пружною сітки. Вона-то і виштовхує конкреції на поверхню мулового шару. Наводяться розрахунки, що показують механізм взаємодії конкрецій з твердими частинками рідких мулів: вже при концентрації глинистих частинок в 0,5-1% можуть утворюватися агрегати у вигляді ланцюжків, поступово утворюють тривимірну сітку, яка володіє еластичними властивостями. Аналоги - полімери, т. Е. Пластики з гнучкими ланцюгами молекул. Нижня частина конкреції, що лежить на подібній сітці і кілька вдавлюють її власною вагою, відчуває більший тиск з боку частинок сітки, ніж верхня частина. Адже верхня частина не стосується сітки і схильна до лише гідростатичного тиску. Висновок: невидима сітка підтримує конкреції над шаром мулу.

Але не завжди конкреції лежать на поверхні шару опадів. Деякі все-таки провалюються в мул. Тому подекуди на дні океану є кілька шарів конкрецій, іноді до чотирьох-п`яти шарів.

Чому так відбувається? Точно не відомо. Може бути, це пов`язано з високою швидкістю осадкообразованія. Не скрізь в океані шар опадів збільшується зі швидкістю 1 мм в тисячу років. Є райони, де в рік додається 1 см, а іноді - і 10 см опадів. Може бути, при такій великій навантаженні конкреції все-таки притоплюється?

Можливо, занурення конкрецій в мул пов`язано зі зменшенням пружності мулової сітки. Або повною втратою, зникненням сітки? Таке може статися, якщо шар мулу чомусь затвердіє або підводна течія вимиє його з-під конкрецій. Висновок: поки мул в`язкий, він підтримує конкреції, а як затвердів, конкреції заносить новими порціями мулу. Все це не більше ніж гіпотези.

Не всі океанологи згодні з описаним механізмом непотоплюваності конкрецій. Деякі вчені думають, що вони не тонуть в шарі мулу завдяки тому, що їх зрідка струшує підйомна сила, викликана гідродинамічним прискоренням. Як тепер стало відомо, воно може виникати завдяки турбулентності придонних потоків, що утворюються на великих глибинах океану.

Гідротерми і клімат Землі. Гідротерми виділяють велику кількість вуглекислого газу. Він надходить в атмосферу з гідротермальних струменів. Збагачення атмосфери вуглекислотою призводить до «парникового» ефекту, що робить клімат Землі більш теплим і вологим. Підвищений вміст вуглекислого газу в атмосфері діє так само, як пластикова плівка над парників. Через неї до Землі проходять промені Сонця. А теплові втрати за рахунок власного інфрачервоного випромінювання Землі значно зменшуються, так як вуглекислота затримує інфрачервоні промені. Тому на поверхні Землі стає тепліше, як у парнику під плівкою.

Саме так було в епоху кайнозоя, в період між раннім і середнім еоцен, т. Е. 55-45 млн. Років тому. У цей проміжок часу, протягом приблизно 10 млн. Років, на Землі утримувався дуже теплий і вологий клімат. Він сприяв буйному розвитку рослинності.

Виділення великих кількостей вуглекислоти в цей період американські вчені пов`язують з перебудовою серединно-океанічних хребтів і інших спредінгових центрів, завдяки чому збільшилася гідротермальних активність. Як наслідок - різко зросла виділення вуглекислого газу, виник глобальний «парниковий» ефект. Відзначено і інші періоди перебудови тектонічних структур і викликані цим зміни клімату. Однак ці зв`язки в інших випадках простежуються менш чітко. У наші дні вихід вуглекислого газу в атмосферу за рахунок гидротерм становить 14-2 2% загального надходження. Ці цифри досить великі. Але не всі вчені згодні з висновками американських вчених.