Глобальный химический реактор

Глобальный химический реактор
Член-корреспондент АН СССР А. П. Лисицын: «Морская вода проникает в магму, взаимодействует с ней, и вновь образованное вещество поступает на морское дно или концентрируется в глубинных слоях, создавая там скрытые месторождения. На поверхности может быть тишь да гладь, а в океанических недрах - все бурлит: поднимаются вверх огромные количества магмы, нагретой до температуры тысяча, тысяча двести градусов, раскаленные массы вступают в контакт с водой, однако давление на глубине столь велико, что вода там не кипит и не парит. Она становится агрессивной - кислой, выщелачивает из горных пород различные элементы и превращается в рудный флюид. При соответствующих условиях он концентрируется и образует месторождения черных и цветных металлов».
Для геолога, привыкшего работать на суше, подводный аппарат мог бы стать реально действующей «машиной времени». Еще бы! Ведь он привык иметь дело с месторождениями, образованными десятки и сотни миллионов, даже миллиарды лет назад, а из иллюминаторов аппарата увидел бы трещины в морском дне, из которых бьет рудоносная вода. Он смог бы взять пробы этой воды и обнаружил бы в ней повышенное содержание железа, марганца, меди, цинка и других элементов. Отплывая в разные стороны от гидротерм и непрерывно отбирая пробы воды, ему удалось бы оконтурить тот подводный объем, в котором присутствует рудоносный флюид. Поразительная картина открывается в этих случаях: жидкая руда образует под водой гигантский «вулкан», извергающий окрест различные элементы. Факел вулкана поднимается над океаническим или морским дном на два-три километра и протягивается в стороны на десятки и сотни километров. Фонтан растворенных металлов был обнаружен во время четырнадцатого рейса научно-исследовательского судна «Дмитрий Менделеев» в районе Галапагосских островов. Зарубежные исследователи открыли такой же в Атлантическом океане близ Срединного хребта и с подводной лодки обследовали его корневые части, увидев там многочисленные трещины на обнаженном базальтовом дне и холмы высотой двадцать - тридцать метров, ярко окрашенные в оранжевые и желтые тона и покрытые черными корками. В воде с температурой 17 градусов Цельсия содержались в повышенных количествах кремний, барий, марганец, литий, германий. Бария, например, было в шесть раз больше против среднего его содержания в воде.
Подводные реакторы обнаружены и в других местах. Более того, морские геологи утверждают, что они имеются во всех срединно-океанических хребтах и образуют планетарную систему - глобальную фабрику по переработке глубинного материала.
Срединно-океанические хребты протянулись на шестьдесят тысяч километров, ширина рифтовой зоны - гигантской расщелины, которая разрезает хребты вдоль,- до семи километров. С пятнадцатью кубическими километрами магмы ежегодно взаимодействует четыреста кубокилометров морской воды! Сейсмические колебания непрерывно сотрясают срединные хребты, вновь образованные базальты дробятся, постоянно увеличиваются и обновляются поверхности контакта с водой. Взаимодействие протекает во всем объеме базальтовых пород, которые еще недавно поднялись в расплавленном состоянии из глубоких недр Земли и, затвердев, отложились вблизи хребтов. О масштабах планетарного химического реактора говорит количество морской воды, которое он пропускает через себя: один раз в три миллиона лет она вся проходит горнило гидротерм, а за все время существования Мирового океана это случалось сотни раз! Сколько же руд металлов отложилось в океанических недрах!
На Восточно-Тихоокеанском поднятии в двух крупных разломах морские геологи наблюдали массивные руды, отложенные гидротермальными растворами, взяли пробы и в них обнаружили высокое содержание цинка и меди. Эти прямые наблюдения явились последним звеном в цепи подводных работ, подтвердивших: в осевых частях срединных хребтов расположен пояс сульфидных руд, возникший благодаря поступлениям снизу. Но еще больше, считает А. П. Лисицын, на океаническом дне распространены металлоносные осадки, также рожденные мощными поставками глубин. В течение последнего десятилетия они были изучены советскими экспедициями в Тихом океане на площади 10 миллионов квадратных километров. Точными методами был подсчитан вклад океанических недр. Оказалось, что для железа, марганца, ванадия, никеля, цинка, циркония, сурьмы он в десятки раз превышает поступление с континентов, иногда в сорок пять раз!
А за их пределами, в остальной части, где распространены обычные морские осадки? Подсчеты вновь указывают на лидерство эндогенного (внутриземного) вещества, им порождены четыре пятых всего марганца, почти половина бария, треть железа и кобальта...
Тонкие анализы минерального вещества морских осадков, проведенные в Институте океанологии АН СССР, также подтвердили преобладание в них гидротермальной составляющей. И наконец еще одна проверка: по содержанию изотопов гелия - благородного газа, который поступает из глубин земного шара, ни в каких химических реакциях или преобразованиях не участвует. Это уникальный свидетель процессов, происходящих в недрах. Так, вот, обнаружив гелий в громадных количествах близ срединных хребтов и в выходах гидротерм (его там иногда в восемьдесят пять раз больше, чем в атмосфере), ученые, не колеблясь, определяют: это пришелец из глубин.
Модель работы глобального химического реактора, по мнению А. П. Лисицына, выглядит следующим образом: «Океанская вода проникает в толщу базальтов в срединных хребтах до глубин по крайней мере 4-5 километров от поверхности дна... При этом вода нагревается, приобретает кислую реакцию и восстановительную способность, извлекает из свежих базальтов значительное количество элементов, переводя их в раствор.
Удойного океанического базальта достаточно высокая проницаемость, а значит - агрессивные воды легко проникают в него. Яркий тому пример - отсутствие рек в Исландии. Страна современного вулканизма, ее природный фундамент сложен базальтами - застывшей лавой, магмой, излившейся на поверхность из жерл вулканов. Страна расположена в зоне влажного климата и должна была бы изобиловать реками и речками, различными водоемами. Но вся атмосферная вода просачивается через базальты и уходит на глубину.

Кто больше?
Тут, однако, сухопутный геолог возразит морскому, который лет двадцать назад тоже был сухопутным и учился там же, где и его коллега. Главные минеральные богатства Мирового океана, возразит он, принесены в океан речным стоком. И это возражение, по сути дела, определит многие проблемы современной геологии Мирового океана, как научные, так и практические.
Научные: сколько минерального вещества поступает с суши и сколько непосредственно из океанических недр, да и много ли всего?
Практические: если морские месторождения рентабельно разрабатывать, то как вести их поиски и разведку? Впрочем, в геологии наука и практика неразделимы, одно переходит в другое и друг без друга они невозможны.
Сухопутный геолог, возможный оппонент идеи гигантских глубинных поставок, с цифрами в руках продемонстрирует масштабы снабжения Мирового океана минеральным веществом, поступающим с речным стоком. Он тоже сошлется на данные члена-корреспондента А. П. Лисицына, который еще в 1974 году приводил цифру 21,7 миллиарда тонн в год, на подсчеты иностранных ученых, получивших близкие величины. Куда деваются эти десятки миллиардов тонн? Давайте поступим по принятой методике: разделим величину стока на площадь дна Мирового океана и узнаем, как интенсивно питает суша различными взвесями морские и океанические воды. Цифры мы получим очень большие - они подтвердят грандиозные минеральные богатства морей и океанов, и по ним получится, что эти богатства накоплены главным образом благодаря сухопутному вкладу, а не поставкам из океанических недр.
Вот он, центральный пункт спора об источнике подводных кладов, о том, кто дал больше. А. П. Лисицын не отказывается от своих выкладок относительно взноса речных потоков, цифры действительно миллиардные... Но попадает ли минеральный груз, транспортируемый речной водой, в Мировой океан, точнее, доходит ли он до всех его областей и равномерно распределяется по дну?
_ «Основная часть речной взвеси (более 90 процентов) и значительная часть растворов при попадании из рек в зону смешения с морскими водами тут же осаждается. В эстуариях происходят процессы лавинной седиментации, ее скорости в тысячи, десятки, а иногда и сотни тысяч раз выше, чем в океане,- отвечает А. П. Лисицын.
Действительно, в океанах осадки накапливаются со скоростью от одного до пяти миллиметров в год. А в эстуариях они достигают 10 тысяч миллиметров за то же время. Сейчас уже есть прямые данные о лавинной седиментации, полученные специальными устьевыми экспедициями в течение последних десяти лет - в реках бассейнов Северного Ледовитого океана, Черного моря. Каспийского, Балтийского. О том же говорят и зарубежные ученые.
Невидимая, но надежная плотина отделяет реки от морей! Речная вода в среднем несет в одном литре около 500 миллиграммов взвеси, а в океанских водах ее содержание уменьшается в тысячи раз.
Что же происходит на границе реки и моря? Наблюдения в эстуариях показывают, что там возникает процесс флоккуляции, когда отдельные частицы речной взвеси не опускаются, а сначала слипаются, образуя крупные хлопья - флоккулы. Это объясняется присутствием в пресной воде таких веществ, которые в соленой морской воде образуют коллоиды и сливаются. Флоккулы осаждаются, и в эстуариях появляются очень стойкие к размыванию осадки.
При осаждении, кроме химических элементов речной воды, флоккулы прихватывают кое-что из морской. Скажем, фосфора оказывается в этих слипшихся образованиях 200 процентов, а железа 115 процентов - по отношению к содержанию их в речной взвеси.
Флоккулы осаждаются не только на фронте встречи речной и морской воды, но и разносятся, образуя подводные дельты. Мощность осадков в них до десяти - пятнадцати километров (в океане она обычно полкилометра). Эти мощные толщи так нагружают дно в прибрежных областях, что прогибают здесь земную кору.
Итак, мы имеем дело с особыми геологическими образованиями - эстуарными осадочными бассейнами. В них все процессы резко ускорены, по сравнению с тем, что происходит в осадочных бассейнах суши, они протекают космически быстро, имеют лавинный характер, это сиюминутная осадочная геология... Поэтому, говорит А. П. Лисицын, «распределение речного стока на единицу поверхности дна океанов из расчета всей его массы ошибочно». Геохимический барьер, поставленный природой на стыках рек с океанскими водами не допускает равномерной раздачи материала, доставляемого с континентов, его обезлички.
Значит, нужно считать по-другому. Из ежегодного речного стока, несущего двести пятнадцать миллионов тонн взвешенного и растворенного железа, через эстуарии удается проскочить не более тридцати пяти миллионам тонн. Остальную часть - примерно до 40 процентов - поставляют глубины. Но бывает, что и больше. Для марганца, например, эта величина составляет все 80 процентов.
Спор, кажется, разрешился. Вклад внутри-земного вещества составляет не один-два процента, как считалось ранее, а для ряда элементов гораздо больше - половину, а то и три четверти общего количества минеральных богатств, постепенно скопившихся на океанском дне. В эстуариях и дельтах предпочтение, конечно, надо отдать вкладу с материков, он доминирует и на шельфах, и на материковых склонах.
Но, кроме того, минеральные накопления вдали от берегов велики еще и потому, что доставляемое из глубин вещество представлено очень активными соединениями железа и марганца. Они извлекают из воды другие элементы, в частности медь, никель, и масштабы этого процесса не менее грандиозны, чем поступления вещества из глубин.
Тихие, незаметные для наблюдателей поставки глубинного вещества в течение длительного геологического времени - вот наиболее щедрый источник, способный породить на дне отдельные месторождения металлов, а также большие рудные узлы, имеющие промышленное значение. Скоро ли они понадобятся мировой промышленности, строительной индустрии, сельскому хозяйству?

Не менее грандиозные открытия
Когда речь заходит о запасах минерального сырья, то цифры становятся краноречивее слов. Известный специалист в области минеральных ресурсов мира и Советского Союза Г. Мирлин пишет, что по динамизму использования полезных ископаемых «XX век не имеет аналогов в предшествующей истории человечества:». 3a прошедшие восемьдесят лет нашего столетия из недр Земли было извлечено полезных ископаемых гораздо больше, чем за всю историю цивилизации, начиная с палеолита. За это время на поверхность Земли поднято 85 процентов всей меди, 87 процентов железа, хотя история этих металлов насчитывает тысячелетия. Всего десятая часть угля, сотая часть нефти, небольшие количества олова, серебра, свинца, цинка, ртути, сурьмы, алмазов - вот расход в предшествующие столетия. Основная же добыча развернулась в нашем веке, и мировая горная промышленность подняла на-гора львиную долю всех полезных ископаемых.
Если прошедшие восемьдесят лет нынешнего столетия разбить на четыре двадцатилетних периода, то среди них по масштабам извлечения минерального сырья выделится, конечно, последний. 1960-1980 годы были временем интенсивного роста мирового промышленного производства, выдающихся научных открытий, развития новых отраслей промышленности - ядерной энергетики, космической техники, электроники и т. д. Соответственно подпрыгнуло и использование минерального сырья. Последние двадцать лет стали феноменальным этапом в развитии горного дела и потреблении полезных ископаемых.
В оставшееся до XXI века время потребность в минеральном сырье еще больше возрастет и, возможно, в два раза превысит добытое в предшествующие двадцать лет, а нефти, газа, бокситов, никеля, молибдена и некоторых других полезных ископаемых будет доставлено на поверхность столько же, сколько за восемьдесят лет с начала века.
Буквально взрывоподобное увеличение добычи, происходящее в наши дни, породило многие печальные прогнозы минерального голода планеты в будущем. Некоторые западные ученые предсказывают катастрофическое оскудение недр уже к концу XX века или в самом начале XXI. Мы сейчас не будем рассматривать эти прогнозы, отметим только, что они опровергаются теорией и практикой советской геологии, иначе оценивающей потенциальные возможности недр в пределах отдельных регионов и планеты в целом. Оптимистические оценки учитывают также и ресурсы Мирового океана, который уже сегодня предоставляет пятую часть всей нефти, служит крупнейшим поставщиком олова (разрабатываются прибрежные морские россыпи в Индийском океане); вовлечены в промышленный оборот россыпные месторождения титановых и циркониевых руд на побережьях Австралии, Индии, Бразилии, Мексики, Норвегии и других стран.
Постоянные поставки рудоносных флюидов через систему срединных океанических хребтов позволяют считать минеральные возможности Мирового океана весьма солидным резервом мировой промышленности в будущем.
Морская геология сегодня на старте, в начале пути. Ее нынешнее состояние можно сравнить с тем этапом в развитии рудознатного дела, когда добывались различные руды, строительный камень, уголь, но общее геологическое строение территорий рудознатцы плохо себе представляли. К составлению геологических карт - карт анатомического строения недр - тогда только приступали.
Морские геологи уже совершили ряд удачных открытий, но это - скорее отдельные наскоки, чем результаты планомерного наступления, оно еще впереди, еще предстоит. И для того, чтобы освоение океанских недр протекало успешно, необходимо широко использовать двухвековой опыт сухопутной геологии.
Морская геология обладает некоторым преимуществом перед сухопутной - она располагает широко признанной теорией геологического развития дна морей и океанов, чего не скажешь про геологию континентов. Речь идет о тектонике плит, дающей всеобъемлющую картину развития океанических недр за последние миллиарды лет. Вооруженные ею морские геологи могут составлять точные прогнозы, где правильнее всего проводить разведку. Это области вблизи срединных океанических хребтов, вблизи тех расщелин, которые связывают морское дно с недрами и по которым поступает глубинный материал. Он откладывается вблизи хребтов, постепенно отодвигаясь от них. Вот куда следует направить поиски!
Начало поисков - геофизические исследования интересующих районов. Научно-исследовательский корабль способен взять на борт практически любую современную аппаратуру, в его помещениях можно оборудовать отличные лаборатории, экспериментальные мастерские, поставить электронно-вычислительные машины и таким образом превратить в плавающий научный центр, из которого можно зондировать дно разнообразными способами: с помощью сейсморазведки, магнитометрии, гравиметрии и многими другими. Такое судно можно уподобить космическому кораблю, который дистанционно обследует земную поверхность. И не скажешь сразу, с какого корабля труднее добывать информацию. Толща морской воды непрозрачна, изменчива, динамична, в ней непрерывно идет перераспределение вещества, ее состав в вечном изменении. Водный покров мало что сообщает исследователям о ложе бассейнов, он словно паранджа на лике океанических недр.
После геофизики наступает черед геохимии. Пробы воды и грунта позволяют нанести на карты границы распределения полезных компонентов, эти подводные факелы веществ, указывающие дорогу к их источникам.
На следующем этапе зона поисков суживается. Под воду уходит необитаемый подводный аппарат - искусственный спутник в Мировом океане, который телевизионными и фотографическими камерами запечатлевает дно с расстояния в несколько метров. Снимки складываются в определенной последовательности, образуют целые картины подводной поверхности, по ним осуществляется привязка... все это очень напоминает космические методы изучения земной поверхности.
Следует спуск обитаемого аппарата, акванавт картирует, отбирает пробы грунта по заранее намеченной сети, ведет подробные записи, делает зарисовки... Для него, как и для его сухопутного собрата, нет ничего интереснее, чем осмотр обнажений.
«Это фантастическое зрелище,- говорит А. П. Лисицын, совершивший пятнадцать погружений,- когда движешься вдоль вертикальной стены высотой в километр, и перед тобой проходит череда напластований, смещений блоков пород, четко прослеживается зона растяжений, в стороне от нее шаровые лавы, лавовые образования в виде хоботов, колбас. Это область краевых уступов, где в определенной последовательности выстроились блоки океанической коры, они живут, двигаются, поднимаются вверх...»
Такова современная стратегия геологического освоения дна Мирового океана. По своей принципиальной основе она сходна с ведением поисково-разведочных работ по суше: от общего - к частному, от научного прогноза - к локальным поискам и разведке. Но под водой тяжелей... И территория, которую предстоит изучить, в несколько раз больше, и геофизические исследования проводить сложнее, и подводный маршрут не случайно уподобляют космическому полету - как-никак каждый километр погружения прибавляет по сотне атмосфер давления на аппарат, а уж про бурение дна с борта судна и говорить не приходится - это одна из труднейших задач в освоении земных недр.

В. Друянов