Подводный вулканизм, его особенности и распространение

“Никто не мог предположить, что животные способны длительное время выживать в воде с такой кислотностью”, - пояснил химик-океанограф Вашингтонского Университета, Джозеф Резинг…»

3.8 Черные курильщики

Одним из удивительных открытий последних десятилетий являются системы гидротермальных жил ("черных курильщиков", "белых курильщиков" и т.д., рис. 14) в срединно-океанических хребтах, существующих при температурах около 350 градусов и поддерживающих колонии организмов на глубинах более 2.5 км.

Сам факт существования жизни на таких глубинах отрицался до тех пор, пока существование колоний животных не были открыты при погружениях глубоководного аппарата Alvin в феврале-марте 1977 года в районе Галапагосских островов. (12.11.2002 / П.Ю. Плечов / Геологический факультет МГУ)

Рис. 14. Чёрные курильщики

Попробуем ответить на вопрос, собственно что представляют из себя чёрные курильщики…

Это глубоководные гидротермальные источники, приуроченные, как правило, к рифтовым зонам срединно - океанических хребтов. Над жерлами, из которых выделяются струи горячей воды, насыщенной растворенными газами (водородом, углекислым газом), поднимаются облака из тонкодисперсных сульфидов, сульфатов и окислов металлов, имеющие обычно черный цвет. При ином составе выделяемых соединений цвет подводных облаков может быть белым ("белые курильщики"). Отложения сульфидов и других соединений достигают мощности в десятки метров и являются примером современного вулканогенно-осадочного рудообразования. Благодаря высокой концентрации сероводорода вокруг гидротерм, бурно развиваются бактерии, служащие пищей для более высокоорганизованных организмов, в том числе весьма своеобразных, ранее неизвестных науке. (рис.15,16)

Рис. 15 и 16. Схемы чёрных кульщиков

Для современной науки чёрные курильщики представляют большой интерес в связи с тем, что в них происходит активное рудообразование, что является полезным ископаемым.

А вот, что нового известно о них из статьи журнала «Наука и техника» (25.07.2008): Международная экспедиция обнаружила самую северную из когда-либо найденных группу черных курильщиков - гидротермальных источников, находящихся вблизи рифтовых зон срединно-океанических хребтов. О находке сообщается в пресс-релизе Вашингтонского университета.

Ученые, ведущие глубоководные исследования далеко за полярным кругом, обнаружили область с пятью черными курильщиками - одним очень мощным и четырьмя поменьше. Она находится на 73 градуса севернее Центрально-атлантического горного хребта, между Гренландией и Норвегией. Это гидротермальное поле расположено более чем на 220 километров ближе к северному полюсу, чем все ранее найденные курильщики.

Обнаруженные источники выбрасывают высокоминерализированную воду температурой около 300 градусов по Цельсию. Она содержит соли сероводородной кислоты - сульфиды. Смешение горячей воды источника с окружающей ее ледяной водой приводит к быстрому затвердению сульфидов и их последующему осаждению. Ученые считают, что накопленные вокруг источника массивные залежи сульфидов - одни из самых крупных в ложе мирового океана. Судя по их количеству, курильщики активны здесь уже много тысяч лет.

3.9 Белые курильщики

А теперь чуть-чуть поподробней о братьях чёрных курильщика, то есть о белых курильщиках…

Во время осмотра горного массива посреди Атлантического океана - работы велись на знаменитом американском батискафе „Элвин“, что обследовал затонувший „Титаник“, - были обнаружены громадные, ослепительно белые башни. Их высота достигала шестидесяти метров. Они были похожи на сталагмиты. Рядом с этими башнями, занимавшими площадку размером с футбольное поле, виднелись три с лишним десятка выступов и зубцов метровой высоты, а также многочисленные расщелины, заполненные белой породой. Эта картина напоминала огромный затонувший город; географы так и назвали его Lost City. Это были гидротермальные источники неизвестного прежде типа; они ничуть не походили на „чёрных курильщиков“.

Последние располагаются обычно на стыке двух тектонических плит. „Затерянный город“ был удалён от края плиты. Он высился не на свежем вулканическом базальте, а на перидотите - породе, давно излившейся из мантии Земли; возраст её превышал миллион лет. Подобно деревьям, „белые курильщики“ росли одновременно ввысь и вширь. Растворённая лава изливалась не только из их жерла, но также из расселин и трещин, лежавших у их подножия. Резко разнился химический состав тех и других подводных „труб“: стенки „чёрных курильщиков“ были сложены из сульфидов и соединений железа; белые башни - из карбонатных пород, причём башни, сохранившие свою активность, были совершенно белыми, а потухшие постепенно окрашивались в серый цвет.

Различия в химическом составе указывают на разное происхождение этих источников. Чёрные, курящиеся конусы разогреваются вулканическим теплом, тогда как энергия только что открытых источников вырабатывается за счёт химической реакции, протекающей между морской водой и оливином - минералом, из которого в основном состоит перидотит. Во время этой реакции оливин превращается в другой минерал - серпентин; при этом выделяются метан, водород и избыточное тепло. Изливающаяся вода разогрета всего до 50 - 80 градусов. Поэтому в осадок выпадают такие минералы, как кальцит, арагонит и брукит, а вот серы и железа почти нет. Над „белыми башнями“ не витает никакого облака дыма. Эти источники можно распознать лишь по световым бликам, мерцающим там, где из расселины бьёт струя воды.

4. Современные методы и средства исследований

4.1 Геоморфологический метод

Одним из методов является геоморфологический метод (от гео… греч. Morphe - форма и …логия), геоморфология, наука о рельефе земной поверхности. Предмет и методы геоморфологии: геоморфология изучает рельеф суши, дна океанов и морей со стороны его внешнего облика, происхождения, возраста, истории развития и т.д., что довольно часто применяется учёными в ходе исследований.

4.2 Сейсмологический метод

Так же сейсмологический метод изучения, помогает нам восстановить картину. Сейсмология - наука занимающаяся изучением землетрясений и развитием земной коры. Сейсмические волны, возникающие при землетрясениях, используются и для изучения внутреннего строения Земли, достижения в этой области послужили основой для развития методов сейсмической разведки. Наблюдения за землетрясениями ведутся с древнейших времен. Детальные исторические описания, надежно свидетельствующие о землетрясениях с середины 1 тыс. до н.э., даны японскими учеными. Большое внимание сейсмичности уделяли и античные ученые и другие. В сейсмологии различают два вида волн: продольные и поперечные.

Сейсмографы. Для обнаружения и регистрации всех типов сейсмических волн используются специальные приборы - сейсмографы. В наше время это сложные электронные устройства.

4.3 Многоканальное сейсмопрофилирование

Многоканальное сейсмопрофилирование позволяет получить структурные профили зон субдукции до глубин в несколько десятков километров при высокой разрешающей способности. На таких профилях бывают различимы главный сместитель зоны субдукции, а также внутреннее строение литосферных плит по обе стороны от этого сместителя.

Методами сейсмической томографии субдуцирующая литосфера прослеживается глубоко в мантию, поскольку эта литосфера отличается от окружающих пород более высокими упругими свойствами («сейсмической добротностью») и скоростными характеристиками. На профилях видно, как субдуцирующая плита пересекает главный астеносферный слой. В некоторых зонах, в том числе под Камчаткой, она и дальше следует наклонно, уходя в нижнюю мантию до глубины 1200 км (рис. 6.6). В других зонах, в частности в Идзу-Бонинской, дойдя до поверхности нижней мантии (где вязкость пород на глубине 670 км возрастает в 10-30раз), литосфера изгибается, а затем следует горизонтальна над этой поверхностью. В целом методами сейсмической томографии удалось проследить субдуцировавшую часть океанских литосферных плит длиной до 1800 км, считая от глубоководного желоба. Исходя из средних скоростей субдукции, это результат конвергентного взаимодействия в течение последних приблизительно 25 млн. лет.

4.4 Геологическая съёмка и фотография

Также сюда можно вписать метод геологической съёмки и фотографии, ну здесь всё предельно просто, при помощи подводной лодки, специальная аппаратура погружается на нужную глубину, где заснимает процесс, например, извержения подводного вулкана и впоследствии учёные детально разбирают и описывают данный процесс. Проводят различные опыты, также берут образцы и делают выводы, строят догадки. Также в данной области активно используются космические средства, а именно съёмка со спутников, что даёт возможность прослеживания более обширной и детальной картины.

4.5 Геофизические методы

Также используется эхолотный промер. Эхолотный промер проводился глубоководными, рыбопоисковыми и навигационными эхолотами. Принцип работы эхолотов заключается в посылке звукового сигнала, который отражается от акустически жесткой поверхности дна и возвращается на приемную антенну.

Также нужно отметить, что при проведении геофизических исследований использовалась единая служба судового времени. Она позволяла синхронизировать работу измерительной аппаратуры различных методов исследований и приводить результаты измерений к единым координатам времени и пространства. Навигационная привязка геофизических профилей и станций осуществлялась с помощью судовых радиолокаторов по береговым ориентирам и с помощью спутниковой навигационной системы.

Гидромагнитная съемка в океанах, морях и на озерах ведется как на специальных судах, так и попутно на кораблях любого назначения. Для исключения влияния металлического корпуса судна применяются специальные приемы, а датчик поля буксируется за ним на кабеле длиной свыше 100 м в специальной немагнитной гондоле либо вблизи дна, либо на некоторой глубине. Профили (галсы) привязываются по штурманским картам. Съемки бывают профильными, реже площадными. В результате строятся графики, карты графиков и карты или .

Драгирование называется добывание с морского дна животных и растений с помощью особых приборов, называемых драгами и тралами, оно проводилось с помощью различных цилиндрических драг.

Всё это необходимо для исследования подводных вулканов. То есть вообще учёными для изучения подводных вулканов применяются геофизические методы.

5. Связи с другими научными дисциплинами

Данная тема неразрывна связана с такими дисциплинами, как математика, физика, химия, география и др. Об это немного подробней.

1. С математикой подводный вулканизм связан тем образом, что все расчёты, естественно производятся благодаря математическим выражениям на этом не будем останавливаться подробно.

2. С физикой…Вот здесь вклад настолько велик и настолько обширно используется, что я навряд ли смогу и половину перечислить. Для исследований применяются различные физические законы, например при расчётах магнитного поля вулкана. Например, скорость распространения волны в среде, это нам необходимо при исследование морского дна или если, например, мы хотим выяснить на какой глубине находится вулкан, типы сейсмических волн, образующихся при землетрясениях, методы их регистрации

3. Геофизика, наверно если бы ни эта наука, то и речи бы не могло идти об изучении подводного вулканизма, ведь все исследования основаны в основном на геофизических методах. Например, на её основании выявлены закономерности пространственно-структурной локализации. С помощью геофизически можно просвечивать недра упругими волнами и получать объемное изображение подобно тому, как это делают в медицине рентгеновскими лучами. Так же как и в медицине, геофизики называют это томографией. Наконец, выявляется распределение масс (по аномалиям силы тяжести) и определяются магнитные свойства тех или иных объемов глубинного вещества.

4. Тесная связь с такой дисциплиной, как петрография - это наука, описывающая горные породы и составляющие их минералы. Основной метод исследования - оптическая микроскопия. Дальше это медленно перетекает в связь с кристаллографией и минералогией. Как мы уже знаем без закон симметрии мы вообще в геологии никуда, а минералогия, здесь главным образом используются минералы их свойства, как физические так и химические, способы образования.

5. Вулканоломгия (лат. Vulcanus - бог огня у древних римлян и Logos - слово, учение) - наука, изучающая процессы и причины образования вулканов, их развитие, строение и состав продуктов извержения, изменение характера их деятельности, а также закономерности размещения вулканов на поверхности Земли. В принципе это то с чего и стоило начать разговор.

6. Тектомника (от греч. фекфпнйкьт, «строительный») - раздел геологии, предметом изучения которого является структура (строение) твёрдой оболочки Земли - земной коры или (по мнению ряда авторов) её тектоносферы (литосфера + астеносфера), а также история движений, изменяющих эту структуру.

7. Океаноломгия (от океан и др.-греч. льгпт - суждение, слово.) или океанограмфия (от океан и др.-греч. гсбцейн - пишу, описываю) изучает крупномасштабное взаимодействие океана и атмосферы и его длиннопериодную изменчивость, химический обмен океана с материками, атмосферой и дном, биоту и её экологические взаимодействия, устанавливает местные или локальные процессы, происходящие за счет обмена энергией и веществом между различными районами океана. Океанология представляет собой, по существу совокупность дисциплин, изучающих физические, химические и биологические процессы, протекающие в океане в целом, в его отдельных регионах (региональная океанология), в окраинных и внутренних морях.

8. Геохимия - наука о химическом составе Земли и планет (космохимия), законах распределения элементов и изотопов, процессах формирования горных пород, почв и природных вод.

6. Исследования, проводимые в институтах геологического профиля Новосибирского центра СО РАН, и лекционные курсы на ГГФ НГУ по данной теме

Напрямую институты СО РАН не занимаются данной темой.

Даная тема была включена в лекционные курсы на ГГФ НГУ «Общая геология» и «тектоника».

Заключение

Результаты:

1. Наибольший интерес для исследований сейчас представляют чёрные курильщики, так как являются источником полезных ископаемых, за счёт процессов рудообразования.

2. Данная тема связана с множеством наук и их разделами и подразделами.

3. В изучении данной темы преобладающими являются геофизические методы.

4. Данной темой занимаются сравнительно недавно, раньше наибольший интерес приставляли наземные вулканы, именно поэтому они настолько глубоко изучены в сравнении.

5. Новыми терминами для меня стали стратиграфия, сейсмической профилирование.

В ходе работы я:

1. Ознакомилась с подводным вулканизмом, как с геологическим процессом, рассмотрела этот процесс с геологической и частично физико-химической точки зрения.

2. Ознакомилась с местами распространения подводного вулканизма.

3. Ознакомилась с литературой по данной теме, с большим количеством статей посвященной данной теме и работами различных исследователей.

4. Определила какое влияние оказывает подводный вулканизм на нашу землю и какую роль играет в нашей жизни.

В ходе данной работы, если честно, я узнала очень много нового… Например, Я не имела понятия, что такое чёрные курильщики, белые курильщики, мало знала о том, где в основном сосредоточены подводные вулканы, то есть места их распространения. Мало знала о науках, которые занимаются данной проблемой.

Список используемой литературы

1. Авдейко Г.П. Подводный вулканизм и зональность Курильской Островной Дуги, М: Наука, 1992

2. Ильин. А.В. Геоморфология дна Атлантического океана. М: Наука, 1976.

3. Конюхов А.И. Геология океана: загадки, гипотезы, открытия.

4. Хаин В.Е, Ломизе М. Г. Геотектоника с основами геодинамики.

5. http://geo.web.ru

6. http://nayki.ru

Приложение

Словарь основных терминов

Вулканизм (геол.), совокупность явлений, связанных с перемещением магмы в земной коре и на её поверхности. Типичным выражением вулканизма на земной поверхности являются вулканы. Вулканизм на глубине проявляются в образовании крупных внедрений магмы в земную кору в виде т. Н. интрузий и в резком изменении окружающих пород под влиянием высокой температуры и химического воздействия расплавленной магмы.

Сейсморазведка 2D - изучение строение пласта с помощью системы датчиков и взрывных устройств, направленное на получение двумерной модели залежи. При сейсморазведка 2D датчики располагаются по отдельным линиям (разрезам), и исследования проводятся на глубине и вдоль разреза.

Гидротермальные процессы - эндогенные геологические процессы образования и преобразования минералов и руд, происходящие в земной коре на средних и малых глубинах с участием горячих водных растворов при высоких давлениях. В результате гидротермальных процессов происходит формирование гидротермальных жил и рудных месторождений.

Островные дуги - цепочки вулканических островов над зоной субдукции, возникающие там, где одна океаническая плита погружается под другую.

Экструзия - от латинского extrudo - выталкивать, выгонять, прогонять. Общее название процессов, как в природе, так и в технике, происходящих с веществом, материалом под воздействием сил выталкивания из области высокого давления в область низкого.

Магнитные аномалии - области на поверхности Земли, в которых значение и направление вектора магнитного поля Земли существенно отличается от нормальных значений геомагнитного поля.

Локальные аномалии - сотни мІ - сотни кмІ, связаны со строением верхних частей коры (в частности, залежами железосодержащих пород) или особенностями намагниченности поверхностных пород (локальные аномалии астроблем, намагниченность вследствие удара молнии).

Изометричные аномалии - характеризуются концентрическим характером

Стратовулкан - (от лат. stratum - слой) - тип вулкана, конус которого сложен чередующимися потоками затвердевшей лавы и ее обломками (глыбы, бомбы, лапилли), сцементированными и превратившимися в туф.

Латеральные извержение - [lateralis - боковой], Mercalli, 1907,- происходящее на внешнем склоне центр, вулкана в удалении от главного кратера. Выводной канал такого вулкана связан с главным жерлом и поэтому И. п. л. во времени обычно сопряжено с извержением из главного кратера.

Кальдемра (исп. caldera - котёл) - циркообразная впадина с крутыми стенками и более или менее ровным дном, образовавшаяся вследствие провала вершины вулкана и в некоторых случаях прилегающей к нему местности. От кратера кальдера отличается происхождением и большими размерами (в поперечнике до 10-15 км и больше). Часто к кальдерам приурочены фумаролы и грифоны.

Размещено на Allbest.ru