Обмен химическими компонентами

Наши знания об обмене веществ между литосферой и гидросферой и, прежде всего, океанической сферой, пока крайне ограничены. Но широчайшее развитие вулканических и гидротермальных сооружений на морском дне, особенно в рифтовых зонах срединноокеанических хребтов, заставляет коренным образом пересматривать наши взгляды на роль и масштабы подобных воздействий, на состав и соленость морских вод; в противовес общепринятой на сегодня точке зрения о выносе солевой составляющей океанских вод главным образом поставкой солей в океаны за счет вод речного стока, образующегося растворением горных пород внутренних частей континентов.

Характерным в этом отношении является хорошо изученный недавний случай мелководного донного извержения одного из Каримских вулканов в кальдере Академии Наук на Камчатке в 1996 г. Оно длилось всего менее суток, но по удельному выносу вещества и энергии было весьма интенсивным, а по воздействию на окружающую среду даже катастрофичным.

Здесь в озере и вытекающей из него р. Каримской погибла вся биота. В озеро попало более 70 млн т изверженного материала. Произошло мгновенное закисление вод и насыщение их вулканическими газами.

Еще 20 дней после извержения - 2.01.1996 г. температура вод была около 25° С, тогда как перед извержением озеро было покрыто льдом.

Извержение привело к резкому изменению солевого состава воды. В озеро поступило около 25-29 тыс. т Cl, 250 тыс. т S, 1,5 тыс. т F, 60 тыс. т Na, 50 тыс. т Са, 10 тыс. т Mg, 250 тыс. т Si, 4,5 тыс. т Fe, 1,3 тыс. т Mn. Пресное озеро объемом 0,46 км³ превратилось в бассейн с кислой водой (рН 3,2-3,4) хлоридно-сульфатного кальциево-натриевого состава с общей минерализацией 0,9 г/л.

После извержения в воде озера повсеместно наблюдалось высокое (7-12 мг/л) содержание растворенного железа. Летом и осенью 1997 г. его содержание упало уже до 1-2 мг/л в глубинной зоне и еще более (до 0,1-0,5 мг/л) в интервале глубин 0-10 м. Однако, в 1997 г. почти на порядок увеличилось содержание взвешанной формы Fe. Такова же картина и по алюминию. В 1996 г. отчетливо проявилась тенденция обогащения взвешанной формой алюминия поверхностной зоны озера (0-5 м) и, наоборот, в 1997 г. - придонной (55-60 м). Сразу после извержения и в течении всего 1996 г. в воде озера отмечалось повышенное содержание As (9-12×10^-3 мг/л) в растворенной форме. В 1997 г. оно уменьшилось в 4 раза. В пене охристого цвета содержалось (%): SiO₂ - 32,66, Fe₂O₃ - 14,26, FeO - 6,45, Al₂O₃ - 9,92, TiO₂ - 0,44, MnO - 0,01, MgO - 1,3, CaO - 2,64, Na₂O - 1,8, K₂O - 0,4, H₂O - 2,5, п.п.п. - 24,2, P₂O₅ - 0,45, SO₃ - 3,48. Здесь же атомно-флуоресцентной фотометрией обнаружено 1,75×10^-4 ртути, а спектральным анализом дополнительно до 0,003% Cu, 0,044 V, 0,005 Mo.

В озере в 1998 г. пока еще не восстановились зоопланктон и диатомовые пелагиали. Развиваются синезеленые водоросли, а также Fe- и S-бактерии. Ранее для пресноводных озер других вулканических областей этого не отмечалось. По данным люминесцентной микроскопии физиологическое состояние бентических и перифитонных водорослей угнетенное.

Гальмиролиз

Взаимодействие гидросферы с литосферой проявляется также и в подводном выветривании, так называемом гальмиролизе (гальмирос - соленый, лизис - распад). Осуществляется этот процесс на дне водоемов в результате взаимодействия соленых вод и горных пород.

Ничего принципиально отличного от наземного выветривания здесь нет: в морской воде находятся те же самые агенты выветривания, но в иных соотношениях, и темп выветривания резко замедлен.

Подводному выветриванию подвергаются преимущественно породы, не перекрытые рыхлыми осадками. Это районы срединноокеанических хребтов, рифов, подводные вулканические горы, океанические впадины.

Выделяется 4 стадии изменения основных горных пород - базальтов, извергающихся преимущественно в осевых частях срединноокеанических хребтов (рис. 6.8):

1) консолидация базальтов - изменение базальтов в температурной вилке от изливающегося расплава до температуры океанических вод;

2) собственно гальмиролиз - холодный контакт с морской водой на поверхности дна;

3) активное окисление - изменение базальтов, происходящее не на поверхности дна, а в базальтовом фундаменте;

4) гидротермальных изменений - дальнейшего преобразования базальтов при погружении в глубину и разогреве в тепловом поле геодинамически активных разломов.

В результате гальмиролиза минералообразование сказывается в появлении пленки гидроокислов железа, марганца, филлипсита, смектитов (глинистых минералов группы монтмориллонита). Базальты поглащают К из морской воды и теряют часть Са и SiO₂. На стадии активного окисления под влиянием разогретой морской воды (в условиях повышенных температур) продолжается интенсивное окисление и гидратация минералов вдоль трещин с образованием гидроокислов Fe, Mn, смектитов, филлипсита. Глубина активного окисления около 300 м, температурные условия - до 50-80 С.

Рис. 6.8. Схема стадийности процесса гальмиролиза

1 - стадия консолидации; 2 - стадия гальмиролиза; 3 - активное окисление (горячий гальмиролиз); 4 - гидротермальная; 5 - морские отложения. Стрелки - циркуляция морской воды

При подводном выветривании карбонатных и карбонатизированных пород происходит частичное растворение кальцита, гипса и образование вторичного доломита.