с.ш.
З.Д.
□1 ПЗ 2
\з
Д5
Рис. 1. Положение известных и предполагаемых гидротермальных полей, а также районы зондирования водных аномалий над рифтовой долиной САХ.
1 - подробно исследованные районы; 2 - умеренно исследованные районы; 3 - районы с редкой сеткой наблюдений; 4 - известные гидротермальные поля; 5 - районы предполагаемого расположения гидротермальных полей.
Срединно-Атлантического хребта между 11° и точников, т.е. в среднем одно гидротермальное по-40° с.ш. было обнаружено, по крайней мере, 15 рай- ле на каждые 175 км [18]. Однако обнаружение са-онов с признаками активных гидротермальных ис- мих источников было затруднено сильно
расчлененным рельефом, глубокими и протяженными тектоническими разломами, а также отсутствием четкой неовулканической зоны.
В статье рассматриваются результаты зондирования водных аномалий (гидротермальных плюмов) в рифтовой долине над активными гидротермальными полями, расположенными на 26° и 29° с.ш. САХ, оценивается количество гидротермального железа, содержащегося в них во взвешенной форме, и его массы, осаждающейся на дно, на основе данных, полученных с помощью седиментационных ловушек. Обсуждаемый материал был получен в ходе совместной российско-британской экспедиции BRAVEX/94 (British-Russian Atlantic Vents Expedition), проходившей на борту НИС "Академик Мстислав Келдыш" при непосредственном участии автора. Уникальность проведенных исследований заключалась в том, что в ходе рейса были получены подробные карты пространственного положения плюма, концентрации химических элементов внутри и за его пределами, а также определены потоки вещества, осаждающегося непосредственно из плюма, с помощью седиментационных ловушек, специально разработанных для подобных исследований [14]. Также дается оценка общей поставки гидротермального Fe в пределах наиболее изученной части рифтовой долины САХ между 11°-40° с.ш.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Современные методы исследования водных аномалий. Исследования структуры водных масс и их химического состава в районах действующих гидротермальных источников выявили характерные физико-химические аномалии, присущие только этим водам - аномалии температуры [38], солености, мутности (коэффициент светового рассеяния, измеряемый в условных единицах) [35, 37], аномалии растворенных и взвешенных в воде химических элементов: Mn, Si, Fe и Cu [4, 8], CH4, радиогенного гелия (3He) [30], а также аномалии распространения хемосинте-зирующих бактерий [16, 17, 23]. Распределение концентраций взвешенного Fe (Fe,.,) в этом ряду является наиболее показательным индикатором, указывающим не только на наличие гидротермы, но и на расстояние до источника, поскольку концентрация Fe во взвеси консервативно уменьшается по мере разбавления первичного рудоносного флюида морской водой [6]. Гидротермальное железо во взвеси плюмов находится преимущественно в виде самостоятельных окислов и гидроокислов: магнетита (FeFe2O4), гематита (Fe2O3), гетита (HFeO2), лепидо-крокита (FeOOH) и гидрогетита (HFeO2 • яН20), формируя частицы расмером не более 2 мкм, и лишь незначительная его часть представлена тонкими кристаллами сульфидов в разной степени окисления [13, 29].
Традиционно для исследования подобных аномалий, а также их поиска используют ряд приборов,
таких как СГО-зонд для определения солености, температуры и давления, нефелометр для определения коэффициента светорассеяния и ряд других, включая автоматические или дистанционно управляемые телекамеры и фотокамеры. Для более полного и представительного опробования вод все эти приборы монтируют вместе с серией батометров.
Для исследования гидротермальных плюмов в экспедиции BRAVEX/94 применялся комплекс Розетт, оборудованный СГО-зондом, нефелометром и двенадцатью батометрами. Работы проводились по специальной методике поиска и картирования водных аномалий - пилообразное зондирование, выполняемое на малом ходу судна или в дрейфе. В иностранной литературе оно получило название "К^-уо". Зондирование происходит следующим образом. В районе предполагаемого нахождения аномалий с борта судна опускают комплекс приборов, регистрирующих эти аномалии (коэффициент светорассеяния, температуру, соленость и глубину) и закрепленные на той же раме батометры для прицельного отбора проб воды. На малом ходу судна комплекс периодически опускают и поднимают. В результате он очерчивает пилообразную траекторию, регистрируя физико-химические параметры водных масс. Наиболее информативными являются показания нефелометра. По его данным были построены карты пространственного распределения плюма (рис. 2 и 3).
При обнаружении аномалий по "мутности" параллельно отбирались пробы воды в батометры для определения общего содержания взвеси, а также концентраций взвешенного железа. Пробы отбирались как в пределах аномальных водных масс, как правило, характеризующихся повышенным коэффициентом светорассеяния, так и за границами плюма для выявления фоновых параметров среды. Для определения общего содержания взвеси вода из батометров фильтровались через предварительно взвешенные ядерные фильтры диаметром 47 мм и размером пор 0.45 мкм методом вакуумной фильтрации. После просушивания фильтров и доведения их до постоянного веса в эксикаторе, фильтры со взвесью взвешивались повторно. Исходя из массы навески и объема отфильтрованной воды, рассчитывались концентрации взвешенного вещества (табл. 1). Концентрация железа в навеске на фильтре определялась методом нейтронной активации в ГЕОХИ (Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН).
Сбор осаждающегося в водном столбе материала и регистрация течений. Седиментационные ловушки благодаря простоте конструкции и удобству в эксплуатации нашли широкое применение в различных областях исследований. С их помощью можно не только собирать материал, осаждающийся в водном столбе, но и определять величины потоков. К неоспоримым достоинствам этого метода
с.ш.
Рис. 2. Положение гидротермального плюма в плане и на профилях разрезов зондирования в районе поля Брокен Спур. Построено по показаниям нефелометра (условные единицы). Данные получены в ходе 34-го рейса НИС "Академик Мстислав Келдыш" (экспедиция BRAVEX/94) [11, 12, 15].
1 - седиментационная ловушка; 2 - измеритель течений "Поток"; 3-5 - показания нефелометра (усл. ед.): 3 - 150, 4 - 200, 5 - 250.
Глубина, м
2600 2800 3000 3200
150 [> I 150 Й>:
Ч!
Разрез 3342
150 200 200
150
З
Глубина, м
2600
2800
3000 3200
150
43°11/00// Разрез 3347 + 3350 (I)
43°10/00// В
3
З
Глубина, м
2600 2800 3000 3200
З
43°11/00//
Разрез 3350 (II)
43°10/00/>
43°1Г00"
43°10/00// В
□ 3 □ 4 □ 5
В
Рис. 2. Окончание.
можно отнести возможность собирать достаточные количества вещества для детальных минералогических и химических исследований. Использование ловушек для изучения состава и потоков гидротермально-осадочного материала началось практически сразу после открытия активных гидротермальных источников [9, 24, 25, 26, 32]. Изучение процессов седиментации в локальных районах гидротермальных полей с высокой пространственно-временной изменчивостью потоков поставило задачу повышения репрезентативности отбираемых проб. Дело в том, что жестко прикрепленный к основанию конуса накопительный стакан собирает попутный материал в период постановки и подъ-
ема ловушки на борт судна. Впоследствии отделить его от материала, собранного на заданном горизонте, практически невозможно. Для предотвращения подобного "загрязнения" ловушки снабдили специальными механизмами, позволяющими изолировать накопительный стакан в ходе ее постановки и подъема. Для изучения потоков вещества в районах активных гидротермальных полей были разработаны и испытаны седиментационные ловушки КСЛ-400/1 [13, 14] с механизмом, позволяющим изолировать накопительный стакан от загрязнения попутным материалом. Эти ловушки использовались параллельно с традиционными, у
з.д.
Рис. 3. Положение гидротермального плюма в плане и на профилях разрезов зондирования в районе поля ТАГ. Построено по показаниям нефелометра (условные единицы). Данные получены в ходе 34-го рейса НИС "Академик Мстислав Келдыш" (экспедиция BRAVEX/94) [15]. Обозначения см. рис. 2.
Глубина, м 3000
3100
3200
3300
3400
3500
3600
З 44°51'
Глубина, м 3000 г
3100
3200
3300
3400
3500
С 26°09'06'' 4 Глубина, м 3000
3100
3200
3300
3400
3500
3600
Разрез 3368 (I)
С
26°10'
44°50'
44°49' В
Разрез 3368 (II)
150 150 200
200 150
2 26°08'00'' 8 6 Разрез 3421 + 3385
2 26°07'00'' Ю
26°09' Рис. 3. Окончание.
150 200 150
26°08' Ю
4
которых стакан был постоянно зафиксирован в нижней части накопительной воронки.
Седиментационные ловушки устанавливались в составе буйковых станций, которые состояли из поплавкового модуля, буйрепа (синтетический фал) и якоря, соединенного с буйрепом через гидроакустический размыкатель. На фале на различных горизонтах размещались ловушки и измерители течений "Поток" для определения скоростей течений. Нижний конец фала через вертлюг был соединен с гидроакустическим размыкателем, к которому кре-
пится балластный груз (якорь). Применение подобных станций имеет ряд преимуществ, которые включают простоту конструкции, обеспечивая тем самым сравнительно высокую надежность, и возможность получать данные одновременно с различных горизонтов водного столба (длина буйрепа может быть ограничена лишь глубиной района постановки). Места крепления ловушек на буйреп выбирались с тем расчетом, чтобы собрать вещество оседающее в самом плюме, над ним и ниже, а также непосредственно у дна (потоки вещества в
придонном слое). Станцию выводили за борт с помощью механической лебедки якорем вперед. Подобный метод постановки более продолжителен, но позволяет установить станцию на дно с максимальной точностью.
На полигоне Брокен Спур было установлено две буйковых станции с ловушками на удалении 1.5 км (ст. 2) и 3.5 км (ст. 3) от зоны разгрузки гидротермы (рис. 2), а также одна ловушка КСЛ-400/1 была установлена непосредственно на дно в 3-х метрах от активного источника "Сарацин Хед" (ст. 1) (рис. 4). В районе гидротермального по
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.