Гидротермы и гидротермальные процессы¶
Гидротермы — это горячие водные растворы, циркулирующие в земной коре и мантии, а также сами процессы их движения, разгрузки и взаимодействия с горными породами. Термин происходит от греческих слов ὕδωρ (вода) и θερμός (тёплый, горячий). Под гидротермами понимают как природные подземные флюиды с температурой выше температуры окружающей среды, так и искусственно создаваемые горячие водные потоки в технике и энергетике. Гидротермальные системы играют ключевую роль в формировании месторождений полезных ископаемых, вулканизме, геотермальной энергетике и в биологии экстремальных местообитаний.
¶Природа и происхождение
Гидротермальные растворы образуются при нагреве подземных вод вблизи магматических очагов, при метаморфических реакциях, при дегидратации минералов и при смешении вод разного происхождения. Основные источники воды в гидротермах:
- метеорные (атмосферные) воды, проникающие вглубь по разломам;
- морские воды, infiltrирующиеся в океаническую кору;
- ювенильные (магматические) воды, выделяющиеся из магмы;
- метаморфогенные воды, освобождающиеся при перекристаллизации пород.
Температура гидротерм варьирует от нескольких десятков до 400–500 °C и выше вблизи магматических камер. Давление достигает сотен мегапаскалей. Растворы обогащены кремнезёмом, карбонатами, сульфидами, хлоридами натрия, калия, кальция, а также металлами — железом, медью, цинком, свинцом, золотом, серебром.
¶Классификация
Гидротермы классифицируют по нескольким признакам.
По температуре:
- низкотемпературные (до 100 °C);
- среднетемпературные (100–300 °C);
- высокотемпературные (выше 300 °C).
По условиям образования:
- глубинные (гипогенные), связанные с магматизмом;
- поверхностные (гипергенные), формирующиеся в приповерхностных условиях;
- вулканогенные, приуроченные к действующим вулканам.
По составу выделяют хлоридные, сульфатные, карбонатные, кремнистые и смешанные гидротермы. В океанической коре распространены так называемые чёрные и белые курильщики — струи перегретых растворов, насыщенных сульфидами металлов.
¶Гидротермальные месторождения
Осаждение минералов из гидротерм при изменении температуры, давления и химического состава приводит к формированию гидротермальных месторождений. К ним относятся месторождения золота, серебра, меди, свинца, цинка, ртути, сурьмы, вольфрама, олова, урана, а также барита, флюорита, кварца и других минералов.
В России гидротермальные месторождения распространены на Урале, в Забайкалье, на Дальнем Востоке, на Кавказе и в других регионах. Примеры — золоторудные месторождения Березовское на Урале, Дарасунское в Забайкалье, месторождения Камчатки и Курильских островов.
¶Гидротермальные системы океана
На дне океанов в зонах спрединга и вулканической активности существуют гидротермальные источники, где морская вода проникает в трещины коры, нагревается, обогащается минералами и возвращается в океан. Температура таких струй достигает 350–400 °C. Вокруг них формируются уникальные экосистемы, основанные не на фотосинтезе, а на хемосинтезе. Организмы — бактерии, трубчатые черви, моллюски, ракообразные — используют энергию окисления сероводорода и других соединений.
¶Геотермальная энергетика
Гидротермы используются как источник геотермальной энергии. На геотермальных электростанциях (ГеоТЭС) горячие подземные воды или пар вращают турбины. Крупнейшие ГеоТЭС мира расположены в Исландии, США, на Филиппинах, в Индонезии, Новой Зеландии, Италии. В России действуют Паужетская, Мутновская и Верхне-Мутновская ГеоТЭС на Камчатке. Гидротермальные воды также применяются для отопления зданий, теплиц и в бальнеологии.
¶Гидротермальный синтез в технике
В материаловедении и химии термин «гидротермальный синтез» обозначает методы получения кристаллов и наноматериалов в водных растворах при повышенных температуре и давлении. Так выращивают кварц, корунд, цеолиты, оксидные наночастицы. Гидротермальная обработка используется для получения катализаторов, сорбентов и керамики.
¶Биология экстремальных условий
Гидротермальные местообитания — объект изучения экстремофилов. Термофильные и гипертермофильные микроорганизмы (археи, бактерии) живут при температурах выше 80–100 °C. Их ферменты применяются в биотехнологии: полимеразная цепная реакция основана на ДНК-полимеразе термофильной бактерии Thermus aquaticus.
¶Изучение и методы исследования
Гидротермы изучают методами гидрогеологии, геохимии, петрологии, изотопного анализа. Используются бурение скважин, глубинные зонды, подводные аппараты, дистанционное зондирование. Изотопные отношения кислорода, водорода, серы позволяют установить источник вод и условия минералообразования.
¶Значение и риски
Гидротермальные процессы формируют рудные богатства, обеспечивают энергией, влияют на климат и химический состав океана. Вместе с тем они связаны с рисками: вулканическими извержениями, выбросами токсичных газов, загрязнением вод. Разработка гидротермальных ресурсов требует контроля за воздействием на окружающую среду.
Источники: Геологический словарь; работы по гидрогеологии и металлогении; материалы по геотермальной энергетике; публикации по гидротермальным системам океана; учебники по минералогии и петрологии.