Вопрос о количестве воды в магматическом расплаве дискуссионен. Некоторые исследователи, в том числе известный вулканолог Г. Тазиев, склонны считать магму безводной. Однако в магме почти всегда обнаруживают воду. Скорее всего, она появляется еще в магматическом очаге, при этом на больших глубинах магма поглощает воду, а в верхних горизонтах, наоборот, обезвоживается. Магмы различного состава отличаются по содержанию воды: основная магма, где мало кремнекислоты, содержит ее 0,1–1%, редко 3–4 %, а кислая, которая обогащена кремнекислотой, — значительно больше (4–10 %).
Ранее мы обращали внимание на высокую, намного превышающую обычную, растворимость воды в глубоких частях земной коры. Снизу вверх она постепенно снижается. Поэтому поднимающиеся рудоносные растворы, независимо от происхождения, по мере снижения температуры и давления сбрасывают «рудный груз». Интервал глубин 1–4 километра, где происходит выделение минералов из горячих водных растворов, принято называть поясом гидротермального рудообразования, а связанные с ним месторождения — гидротермальными.
Источник химических соединений, переносимых гидротермальными растворами, не обязательно заключен в магме. Как уже отмечалось, наряду с ювенильной водой магматический расплав содержит воду, заимствованную из окружающих пород на ранних стадиях внедрения, то есть метаморфогенную, инфильтрогенную и седиментогенную. Поэтому химические элементы в той или иной мере поставляются вмещающими магму породами.
Водяной пар высвобождается из магматического расплава вместе с другими летучими компонентами на различных уровнях существования магматического расплава, по мере его подъема. Взаимодействие в системе вода — магма имеет сложную историю и во многом не ясно, но минералообразующая роль газово-жидких растворов, выделяемых при магматизме, не вызывает сомнения. Отсюда и название месторождений: пневматолитовые — из газовой фазы и в какой-то мере уже упомянутые гидротермальные — из жидкой фазы. Это месторождения железа, марганца, серебра, золота, ртути, сурьмы, меди, цинка, свинца, молибдена, кобальта, вольфрама, висмута, олова, урана и многих других элементов, преимущественно металлов. Перечисленные элементы переносятся в соединениях с хлоридами, фторидами, гидрокарбонатами, сульфидами, сульфатами и силикатами, а также в гидратной форме или в виде комплексных ионов.
Горячие источники на дне морей и океанов. Сенсационные сообщения о современной гидротермальной деятельности в последнее время стали поступать от исследователей переуглубленных зон морского и океанического ложа. Здесь были обнаружены выходы металлоносных вод с температурой до 300–3.50 °C. Такие зоны образуются в результате растяжения земной коры и представляют впадины — каньоны с отвесными стенками глубиной в несколько километров. Геологи их называют рифтами («рифт» по-английски — расселина, щель, трещина) или зонами спрединга (т. е. раздвижения). Они обычно тяготеют к тектонически ослабленным участкам срединноокеанических хребтов и окраинам океанов, хотя встречаются также на дне морей (впадины Красного моря или Калифорнийского залива) и даже на суше (например, Байкальский рифт, Верхнерейнский грабен).
Впервые выходы высокотемпературных рассолов выявлены в осевой части Красноморского рифта. Разгрузка происходит в глубоководную впадину Атлантис-2 (глубина 2170 м), откуда они переливаются в две соседние впадины — Дисковери и Чейн. В этих впадинах со скоростью 0,4 сантиметра в год выпадают металлоносные осадки, образующие богатые месторождения руд свинца, цинка, меди, марганца, железа. По подсчетам специалистов общие запасы их только во впадине Атлантис-2 оцениваются в 83 миллиона тонн.
Еще более интересной оказалась современная гидротермальная деятельность в окраинных частях Тихого океана, особенно в гребне Восточно-Тихоокеанского поднятия на участке к югу от входа в Калифорнийский залив. Мощные струи горячих (с температурой до 350 °C) вод здесь выходят на дне океана и связаны с неглубоко залегающими магматическими очагами. Разгрузка фиксируется в виде «черных дымов» и «черных курильщиков».
Рис. 14. «Черный курильщик» в месте выхода горячих источников на океаническом дне.
Что это такое? Черные дымы обязаны своим появлением выпадению из охлаждающегося гидротермального раствора черных по цвету частичек сульфида железа (рис. 14). Над выходом горячих струй образуется «труба» диаметром около 1,5 метров и высотой в несколько метров. Ее-то и называют «черным курильщиком». Ее горловина формируется из сульфата кальция (ангидрита), который осаждается на океаническом дне в месте выхода гидротерм. По мере роста нижняя часть трубы подвергается воздействию неразбавленного горячего раствора и сульфат кальция замещается на сульфиды металлов. Иссякает и «черный дым»: в связи с окислением из него выпадают металлоносные осадки.
Акванавт-исследователь Д. М. Эдмонд, увидав из иллюминатора глубоководного аппарата поле «черных курильщиков», назвал его сказочным зрелищем. Внутри круга диаметром в 100 метров океаническая вода поблескивала в свете прожекторов и высвечивала удивительный животный мир (пурпурные актинии, гигантские двустворки, крупные розовые рыбы и т. д.), а горячая вода струилась из каждой расселины, и над выходами курился черный шлейф. Зрелище было настолько увлекательным и интересным, что этот чудесный оазис на фоне унылого базальтового ландшафта океанического дна исследователи изучали, по их словам, в состоянии, близком к помешательству.
Разгрузка горячих вод на дне Тихого океана отмечена также у берегов Южной Америки в районе Галапагосских островов и западнее Марианской островной дуги. Будущие исследования, несомненно, позволят обнаружить и другие участки черных дымов.
Подземная гидросфера и сейсмичность. Исследования на стыке гидрогеологии и сейсмологии в последнее время привлекают все возрастающее внимание. Они рассматривают роль воды в образовании землетрясений и при поисках их гидрогеологических предвестников. Насколько все это реально?
Вода, оказывается, регулирует тектонические процессы. Американские ученые М. К. Хабберт и В. Руби выявили, что при дегидратации минералов давление воды в порово-трещинном пространстве глубоких горизонтов нейтрализует геостатическую нагрузку и вызывает активизацию внутреннего давления. Так могут возникнуть не только небольшие подвижки, но и гигантские перемещения пород по пологим сместителям — надвигам.
С отмеченным явлением может быть связано образование сейсмических дислокаций и появление землетрясений. Уже крайне небольшие добавки воды на 1–2 порядка ускоряют деформационный эффект. И. Г. Киссин приписывает ей роль клина, снижающего прочность пород и уменьшающего силы трения при сейсмических подвижках. Вероятно, поэтому при добавлении воды сейсмические напряжения и вызывают сотрясаемость. Поскольку очаги землетрясений — во всяком случае коровые (мелкофокусные) — локализуются в обводненных зонах разломов или узлах их пересечения, воду можно рассматривать как составную часть среды, в которой развиваются сейсмические процессы и подготавливаются землетрясения.
Впрочем, тут нужно оговориться. Не все согласны с таким мнением. Многие сейсмологи считают, что обе модели, используемые в настоящее время для объяснения механизма подготовки землетрясений, — дилатантно-диффузионная и лавинно-неустойчивого трещинообразования — могут «работать» и без воды.