Геология океана: загадки, гипотезы, открытия

Конюхов Александр Иванович

При работе с «Пайсисами» применяется гидроакустическая система навигации. В нее входят три донных маяка, устанавливаемые на возвышенных точках подводного рельефа, и акустический маяк на самом аппарате. Дальность действия маяков 2—3 мили. Сигналы от донных маяков поступают в приемно-передаточный блок, находящийся на борту судна-носителя, а оттуда в память микроЭВМ. С ее помощью производится определение расстояния до аппарата, направления и скорости его движения под водой. Эта информация поступает на дисплеи, установленные в специально оборудованной лаборатории на судне, а также на «Пайсис». Командир его экипажа, таким образом, получает возможность быстро скорректировать направление движения, а вахтенные на борту судна-носителя точно знают, где находится ПОА. Все это позволяет обеспечивать, безопасность и высокую эффективность работы экипажа на дне [Сагалевич, 1987].

Геолог,

участвующий в погружении в качестве наблюдателя, наговаривает на диктофон свои впечатления от увиденного в маршруте. По его указанию гидронавты ведут видеозапись и фотосъемку наиболее интересных объектов, и в случае необходимости эта информация передается на надводное судно. Двигаясь по намеченному маршруту (максимальная скорость 2 узла), экипаж «Пайсиса» обследует встреченные на пути структуры: вулканические поднятия, трещины-гъяры, подводные уступы, различные насыпные формы рельефа и гидротермальные образования. «Пайсисы» снабжены манипуляторами, поэтому наблюдатель может собирать обломки, находящиеся на дне, и даже отламывать образцы пород, слагающих различные геологические структуры. Предусмотрен и специальный накопитель, куда помещаются взятые образцы. Общий их вес определяется запасом плавучести аппарата. В одном из погружений в Красном море «Пайсис-XI» поднял на поверхность 270 кг донных пород [Подводные..., 1985]. В комплект оборудования входит и небольшой керноотборник. С его помощью геолог может взять колонки коренных пород длиной до 20 см, если отломать образец не удается.

«Пайсис» при длине 6,5 м и ширине 3,5 м легко входит в крупные трещины на дне (шириной не менее 8 м). В Красноморском и других рифтах гидронавты неоднократно погружали ПОА в гъяры, чтобы обследовать стенки и взять образцы выступающих в них пород. При этом, разумеется, необходима большая осторожность, так как аппарат может застрять в узости либо повредить движители.

Создавая небольшую положительную плавучесть, пилот «Пайсиса» заставляет его всплывать вдоль отвесных тектонических уступов, которыми изобилуют рифтовые зоны океана. ПОА может зависнуть на любой высоте вблизи поверхности стенки. Это дает возможность геологу описать обнажающийся разрез с большой детальностью и при необходимости провести послойный отбор образцов пород, что отнюдь не всегда удается делать на суше в гористой местности.

Благодаря ПОА специалисты увидели истинный облик морского дна, неповторимые подводные ландшафты, уникальные образования вроде блистеров, вулканических холмов и гряд, сложенные вулканическими трубами, и многое другое. Они стали свидетелями реально происходящих геологических процессов: выделения гидротерм и вулканических газов, осаждения взвеси из воды, миграции знаков ряби и появления биотурбаций на поверхности осадка.

Уникальны наблюдения, сделанные гидронавтами на границах водных масс с различной плотностью. Приближаясь к такой границе раздела, пилоты ошибочно принимали ее за поверхность дна. В других случаях они наблюдали волны и мелкую рябь, бегущую по поверхности раздела двух сред. Во впадине ТИНРО, расположенной в центре Охотского моря, «Пайсис» пересек несколько таких границ, разделяющих водные массы с различной плотностью. На каждой из них гидронавты наблюдали скопления частиц взвеси, которые из-за своего малого веса не могли проникнуть вниз и, таким образом, не попадали на дно [Сагалевич, 1987]. В Красном море пилоты пытались посадить «Пайсис» на дно рассольной впадины, где формируются металлоносные илы. Для этого потребовалось значительно утяжелить аппарат с помощью дополнительного балласта. Однако рассол выталкивал аппарат каждый раз наверх.

Мостовые из конкреций

На огромных глубинах, превышающих 4000—5000 м, в царстве мрака, низких температур (4—8° С) и огромных давлений (400—500 атм) геологи обнаружили образования, ставшие предметом интенсивного изучения во многих странах. Речь идет о железомарганцевых конкрециях, которыми покрыты огромные пространства в некоторых абиссальных котловинах океана. Не будет преувеличением сказать, что в ряде районов они располагаются на дне так тесно, что касаются краями друг друга, словно ими выложена глубоководная мостовая. Это прекрасно видно на многих фотографиях дна, сделанных с помощью специальных камер для фотографирования в условиях огромных давлений.

Диаметр железомарганцевых конкреций обычно не превышает 10—15 см, хотя часто встречаются и стяжения меньших размеров. Интересно, что в пределах одного относительно небольшого участка дна преобладают конкреции

близкого диаметра, тогда как в соседнем районе распространены разные по величине конкреции. Для большинства стяжений характерна гладкая или шишковатая, но очень плотная верхняя поверхность. Нижняя сторона, погруженная в осадок, напротив, оказывается ноздреватой, раковистой и довольно мягкой. Как показали детальные исследования, это связано с различным составом оксидов металлов, концентрирующихся в разных частях конкреций: верхняя половина, которая контактирует с водой, сложена в основном оксидами железа, нижняя — оксидами марганца. Отсюда возникло предположение, что в первом случае вещество, обеспечивающее рост конкреции, поступает из воды, во втором — из осадка. Надо сказать, что если донные отложения в большинстве своем составлены частицами, опустившимися на дно из водной толщи, то конкреции — это новообразования. Они в буквальном смысле вырастают на границе раздела вода—осадок путем адсорбции растворенных или взвешенных в морских и грунтовых водах оксидных соединений металлов. Рост конкреций — чрезвычайно медленный процесс, длящийся миллионы лет.

Конкреции не безразличны к среде, в которой развеваются. Это относится прежде всего к осадкам. В абиссальных районах океана они «предпочитают» зоны распространения кремнистых отложений и красных глубоководных глин. Первые на 50% и более сложены скелетными остатками организмов, использующих для строительства раковин или других образований кремнезем. Это диатомеи, радиолярии, силикофлагелляты и другие мельчайшие планктонные организмы, чьи остатки после смерти опускаются на океанское дно. При этом разрушаются лишь органические компоненты, тогда как скелетные кремнистые составляющие остаются неизмененными. Диатомеи играют в составе планктона главную роль в областях распространения холодных вод, т. е. в высоких, приполярных широтах и областях апвеллинга. Радиолярии, напротив, широко распространены в экваториальной зоне.

Соответственно диатомовые осадки характерны для районов, граничащих с ледовой зоной, а радиоляриевые илы — для тропических широт. Эти зоны разделены обширными пространствами абиссали, покрытыми красной глубоководной глиной. Данные осадки формируются в аридных поясах климата, где состав планктона определяют карбонатстроящие организмы: кокколиты, фораминиферы, перидинеи и др. Известно, однако, что карбонат кальция довольно легко растворяется в холодных водах больших глубин, поэтому дна достигают лишь примеси, содержавшиеся в карбонатных раковинках. В Составе этих примесей много оксидных пленок железа и других металлов. Отсюда красный цвет глубоководной глины.

Исследование радиоляриевых илов показало, что при захоронении их на океанском дне начинаются интенсивные диагенетические (диагенез — превращение рыхлого осадка в твердое образование, породу) процессы перераспределения вещества. В пустотах раковин радиолярий вырастают пластинки глинистого минерала смектита, в кристаллическую решетку которого переходит большая часть (около 95%) катионов железу, содержащегося в осадке. Одновременно на поверхности самих раковин образуются пленки из оксидов других металлов, в основном марганца. При дальнейшем погружении геохимические условия в среде осадка меняются. В результате начинают растворяться многие раковинки радиолярий, а вместе с ними и оксидные пленки. Вместе с отжимаемыми из уплотняющегося осадка водами оксиды металлов поднимаются к границе раздела вода—осадок. Здесь они адсорбируются на нижней, тыльной стороне растущих железомарганцевых конкреций. Поскольку железо осталось в составе смектита, к поверхности дна мигрируют в основном марганец и другие металлы: медь, молибден, цинк и никель. Эти металлы в виде примесей тоже входят в состав абиссальных конкреций.

Таким образом, в процессе диагенеза кремнистых илов происходит разделение железа и марганца. Железо остается в осадке, а марганец переходит в состав конкреций. Однако в океанских водах железа достаточно много. Оно поступает в океан с континента и из гидротермальных источников на дне. Потому верхняя часть конкреций обогащается железом, а нижняя сложена марганцем и металлами-примесями. Марганец присутствует в форме тодорокита, бирнессита и -MnO ₂[Marchig, Gundlach, 1981].

Аналогичные процессы протекают и в красных глубоководных глинах. На их поверхности также растут конкреции, содержащие нередко до 1—3% таких металлов-примесей, как медь, никель, цинк и кобальт. Именно они являются самым ценным компонентом железомарганцевых конкреций, из-за которых эти последние стали объектом пристального интереса исследователей разных стран.