CC BY
47
УДК 556.332.625
1 2 3
В.В. Хаустов , М.А. Мартынова , Ю.Н. Диденков
1 Курский государственный технический университет; 2Санкт-Петербургский государственный университет; ^Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова 83.
К ПРОБЛЕМЕ СОСТАВА И ПРОИСХОЖДЕНИЯ ЮВЕНИЛЬНЫХ ВОД
Проанализирована эволюция представлений о содержании термина «ювенильные воды»; обосновано понятие «ювенильного водного флюида». Сделан вывод о том, что вода, являющаяся главным продуктом преобразования восходящего эндогенного флюида в рифтовых геодинамических условиях, изначально ультрапресная, что обусловливает формирование гидрогеохимических инверсий или в целом пресноводной гидросферы этих регионов, а также сохранение уникального состава воды рифтовых озер. Ключевые слова: рифт, эндогенный флюид, ювенильные воды, пресноводная гидросфера, гидрогеохимические инверсии. Библиогр.: 28 назв.
V.V.Haustov, M.A.Martynova, J.N.Didenkov
Kursk state technical university, Sankt-Petersburg state university, Nathaniel Scientifically Irkutsk State Technical University; 664074, Irkutsk, Lermontov st. 83. TO A PROBLEM OF JUVENILE WATERS
The conception evolution of the term "juvenile waters" is analyzed; the notion "juvenile aqueous fluid" is justified. A conclusion is drawn that water as the main product of ascending endogenous fluid transforming in the rift geodynamic conditions is initially ultra fresh. It stipulates a forming both hydro geochemical inverses and freshwater hydrosphere of these regions. The result of this process is also preservation of unique water composition of rift-valley lakes.
Key words: rift, endogenous fluid, juvenile waters, freshwater hydrosphere, hydro geochemical inverses. Bibliogr. 28 title.
Термин «ювенильные воды» впервые росфере и не участвовавшие ни в каких
был предложен в 1902 году австрийским видах водных круговоротов Земли.
геологом Эдуардом Зюссом для вод, обра- Проблема ювинильных вод приобре-
зовавшихся в глубоких недрах земли в ре- ла в настоящее время новое звучание в
зультате дегазации магматических распла- связи с развитием концепции магматоген-
вов. При этом подчеркивалось, что это во- ного и амагматического происхождения
ды новые, ранее не принадлежавшие гид- рудоносных гидротерм.
1 Хаустов Владимир Васильевич, кандидат геолого-минералогических наук, доцент. V.V. Haustov, candidate of geologic-mineralogical science, assistant professor.
2 Мартынова Марина Анатольевна, кандидат геолого-минералогических наук, доцент. M.A Martynova, candidate of geologic-mineralogical science, assistant professor.
3 Диденков Юрий Николаевич, кандидат геолого-минералогических наук, доцент. Выпускник ИрГТУ 1972 г., е-mail: didenkov-irk@mail .ru.
J.N. Didenkov, candidate of geologic-mineralogical science, assistant professor. Graduate of 1972, е-mail: [email protected].
Казалось бы, Э. Зюс дал очень ясное и четкое определение - речь идет о первичных водах («девственные» - дословный перевод «ювенильные»). Это означает, что именно за счет таких вод Земля смогла обрести свою гидросферу и дать возможность зародиться Жизни.
Однако в дальнейшем значение первичности постепенно начало исчезать из понятия ювенильные воды. Даже сам Э. Зюсс, скорее всего, под влиянием развернувшейся дискуссии по поводу сути данного термина, изменил свою точку зрения. В 1909 году он предложил ювенильной называть воду, возникшую при соединении водорода, выделяющегося под очень высоким давлением и при очень высокой температуре из недр Земли, с кислородом атмосферного воздуха.
Позднее, многие исследователи позволяли себе вкладывать собственное содержание в определение ювенильных вод, сформулированное Э.Зюсом. Приведем несколько примеров.
«Ювенильные воды возникают из магмы за счет выделения растворенных в ней водяных паров или ионизированных водорода и кислорода» [21, С. 90].
Ювенильными являются «... воды, выделившиеся и выделяющиеся из магм при их излияниях, извержениях и застывании, и из минералов и горных пород при их метаморфизации и даже просто нагревании. Эти воды следует рассматривать как впервые появившиеся на земной поверхности и в толще земной коры. . выделить чистый тип ювенильных вод чрезвычайно трудно» [23, С. 135].
Ювенильные воды - это «... подземные воды, связанные с поднимающимися из недр земли парами (из магматической и метаморфической зон), а может быть и с диссоциированными газами. Если речь идет о выделении из магмы диссоциированных газов водорода и кислорода, которые в дальнейшем соединяются в воду, мы говорим о ювенильной синтетической воде, если о парах воды, выделяемых магмой - о конденсационных ювенильных водах, и, наконец, если речь идет о водах, выделяющихся именно в зоне анаморфизма из
минеральных масс, содержащих кристаллизационную или конденсационную воду, мы говорим о водах дегидратационных ювенильных» [12, С. 117].
«В настоящее время под ювенильны-ми понимают подземные воды, развитые в области современной тектономагматиче-ской активности. среди них различают две генетические группы: воды областей активного вулканизма и магматогенные воды разломных зон» [22, С. 316].
Со временем, параллельно с термином ювенильные воды начинают употреблять другие названия глубинных вод, которые по сути дела могут быть отнесены к их синонимам. Появляются воды эндогенные, они же магматические, которые «. представляют собой хемогенные (иначе геосинтетические) воды, образованные молекулами, заново возникающими при различных химических реакциях в подземных условиях (например, СО + 3Н2 = СН4 + Н2О). Другая часть этих же вод ассимилируется из окружающих пород» [9, С. 71].
Затем, наряду с эндогенными водами, в употребление входит понятие магмато-генные воды [19], которые этот автор считает более правильно называть мантийно-генными. «Молекулы такой воды генерируются в мантии или магме из водорода и кислорода. По способу проникновения из мантии и глубоких частей земной коры нужно различать в первом приближении вулканические воды, образующиеся в виде надкритической воды или пара из магмы по мере ее подъема и остывания, а затем конденсирующиеся в верхних горизонтах, и сквазьмагматические, или трансмагматические газово-жидкие растворы в виде регионального восходящего потока из очагов магматизма» [19, С. 74].
Согласно Е.В. Пиннекеру «... первоисточником воды является мантия, а генерация молекул воды связана с наиболее летучим продуктом дегазации вещества мантии, именуемым флюидом. С другой стороны, флюид - это понятие неопределенное, поскольку так называют и поликомпонентный газово-жидкий раствор, и надкритическое сотояние вещества, когда
стираются различия в фазовых особенностях между жидкостью и газом» [19, С. 65].
В последнее время ювенильным водам, как таковым, уделяется все меньшее внимание, а в случаях, когда они играют неоспоримую роль в формировании гидрогеологических условий конкретного региона, для объяснения существующей гидрохимической обстановки привлекается «глубинный флюид» [7].
Можно привести еще немало примеров, каким образом трансформировался смысл термина ювенильная вода. Полагаем, что приведенной информации вполне достаточно, чтобы сделать заключение: понятие ювенильные воды, также как глубинный водный флюид, в настоящее время не имеют четкого и конкретного содержания.
Попробуем разобраться в вопросе -что же следует иметь в виду, когда речь идет о возможном подтоке глубинных вод? К сожалению, новые названия глубинных вод, которые время от времени приходят на смену ювенильным, как нетрудно было заметить, мало что проясняют, если не сказать больше - запутывают ситуацию. Поэтому полагаем, что старое определение «ювенильные» имеет полное право на существование, причем именно в том смысловом значении, которое первоначально вложил в него Э. Зюсс. Иными словами -это вода, которая генетически связана с подкоровыми магматическими очагами; она ранее никогда не принадлежала гидросфере и не участвовала в каких-либо круговоротах. Что касается «глубинного водного флюида», то этот термин также правомерен. По сравнению с ювенильными водами он является более емким, поскольку помимо воды в него входят все сопутствующие ей компоненты, отделяющиеся вместе с ней от магматического расплава [13].
Можно ли, а точнее нужно ли, заменить название ювенильные воды на глубинный водный флюид, как это довольно часто наблюдается в геологической литературе? Казалось бы, да. Однако, на самом деле взаимоотношение этих двух понятий
довольно сложное. На первый взгляд представляется, что глубинный водный флюид более корректное название газопароводяной смеси, отделяющейся от магмы, поскольку в абсолютно чистом виде вода в природе не существует и в ней всегда растворены те или иные вещества, в первую очередь, газы. Но с другой стороны - и это очень существенный момент -вода, присутствующая во флюиде, не обязательно первична (ювенильная) даже когда очаг плавления расположен в верхней мантии [14].
В то же время, если объеденить эти два понятия, т.е. ювенильные воды и глубинный водный флюид, заменив их названием «ювенильный водный флюид» (ЮВФ), можно максимально приблизиться к сущности природных вод, о которых идет речь. Это первичная, в понимании Э. Зюсса, вода, зарождение которой осуществляется в мантийных, а возможно и более глубоких очагах плавления, которая мигрирует в сторону поверхности Земли вместе с сопутствующими летучими, в первую очередь, газами.
Отсюда следует, что если исходить из основного определения ЮВФ, а именно из первичности присутствующей в нем воды, то речь не может идти о водах конституционных, кристаллизационных или ме-таморфогенных. Также сам собой отпадает вопрос, может ли в данном случае магматический очаг, генерирующий воду, располагаться в земной коре, т.е. выше мантии.
Однако, даже в том случае, если процесс плавления происходит в верхней мантии, далеко не всегда отделяющиеся от него вещества могут быть отнесены к ЮВФ. Для того чтобы объективно и корректно разобраться в данном вопросе, следует, прежде всего, обратиться к геодинамической обстановке, в которой главным образом происходит зарождение магматических очагов.
Внимание здесь, безусловно, привлекают области, в которых наблюдается современная вулканическая активность, а это, в первую очередь, окраины литосфер-ных плит. Формирование в них магматиче-
ских очагов происходит по разным причинам, если говорить о зонах спрединга (рифтах) с одной стороны, и областях суб-дукции, - с другой [17].
В рифтовых зонах, в условиях спрединга осуществляется крупномасштабное плавление силикатного вещества мантии, в результате которого образуются главным образом базальтовые магмы, а само плавление вызвано декомпрессионным эффектом, сопровождающим раздвижение плит [8]. Это означает, что здесь практически исключается привнос чужеродного материала. Отсюда очевидно, что при рифтоге-незе состав вещества, поступающего к поверхности земли из зон плавления, определяется исключительно элементным составом пород мантии, и можно с достаточной уверенностью утверждать, что вода, принадлежащая ранее гидросфере, в нем отсутствует. Единственно, чего нельзя полностью исключить - это влияние неоднородности, существующей в самой мантии. Она может накладывать определенный отпечаток на состав ЮВФ, но это уже вопрос второстепенного уровня, т.е. носит частный характер для отдельно взятого региона.
Совершенно в других условиях происходит процесс генерации магм в зонах субдукции, где главную роль играет поступление в мантию огромного количества чужеродного материала. Здесь уже нельзя говорить о стерильных условиях зарождения ЮВФ. Так, согласно модели андезито-вого вулканизма, предложенной У. Файфом, А. Прайсом и А. Томпсоном, «вулканизм современных подвижных поясов зарождается при частичном плавлении суб-дуктируемого материала или высвобождении из него флюидов. В результате этого в земную кору возвращается вода и некоторые химические элементы... это не подлежит сомнению» [25, С. 416-117].
Таким образом, можно с достаточной степенью уверенности утверждать, что синтез воды, входящей в состав ЮВФ, сопряжен с процессом плавления мантии при рифтогенезе или же связан с более глубокой дегазацией Земли.
Следующая проблема, которую необходимо решить при рассмотрении особенностей ЮВФ, - это выявление диагностических признаков, позволяющих отнести конкретный водный объект к данной генетической группе природных вод. И здесь, с глубоким сожалением, приходится констатировать, что это очень сложная задача. По сравнению с другими водами ЮВФ изучен гораздо хуже и представление о нем - его химическом и газовом составе, масштабах распространения в природе и рудообразовании далеко неоднозначны, зачастую дискуссионны и противоречивы. На сегодняшнем этапе познания природы это оправдано, поскольку формирование флюида осуществляется в глубоких земных недрах и процесс этот недоступен прямому наблюдению. На поверхность же ЮВФ приходит в сильно измененном виде по причине смешения на пути с другими водами и взаимодействия с горными породами. К сожалению, до сих пор сухое, т.е. без добавления воды, плавление вещества мантии в лабораторных условиях не воспроизводилось. Иными словами -пока не было возможности получить однозначный аналог ЮВФ. В тоже время современная наука, безусловно, располагает определенной информацией о целом наборе диагностических признаков, касающихся ЮВФ.
Наибольший интерес в этом аспекте представляют изотопные характеристики химических элементов, образующих водный флюид и в первую очередь самой воды, т.е. водорода и кислорода. Исследования в области изотопной гидрохимии ведутся давно и в результате сложились достаточно определенные представления об изотопных соотношениях водорода и кислорода в атмосферных, речных, океанических и прочих водах. Что же касается интересующей нас воды, то здесь наблюдается противоположность существующих по этому поводу мнений. Так, одни исследователи считают, что по сравнению с гидросферой, в целом, воды ювенильного генезиса обеднены дейтерием [2], тогда как другие убеждены в обратном [19]. Нет определенности и в суждениях о соотно-
шениях изотопов кислорода. И хотя токое положение связано с недостаточной изученностью проблемы, неизбежно возникают и другие серьезные вопросы: существуют ли вообще четкие изотопные характеристики у ювенильных вод, которые позволяют их отличать от вод иных генетических групп, а если существуют - имеется ли вероятность сохранять их неизменными на пути от магматического очага до проявления флюида на поверхности Земли? Положительный ответ на эти вопросы может быть дан лишь в случае, если изотопные характеристики ювенильной воды, во-первых, отчетливо выделяются на фоне подобных характеристик других природных вод, а, во-вторых, если изначальные значения 8D и во флюиде являются для него постоянной величиной, вне зависимости от состава мантии в данном месте, степени ее плавления, геотектонической обстановки и других условий и, наконец, если взаимодействие с окружающей геологической средой не приведет к серьезным изменениям первоначального изотопного состава. Что касается первого условия, то здесь заслуживает внимания следующая информация. Согласно В.И. Кононову [11], наиболее близкое к реальности представление об изотопном составе водорода и кислорода в молекулах воды ЮВФ дают результаты изучения микровключений в основных магматических породах. Диапазон вариаций 8D составляет в них от -28 до -85 %о (чаще его ограничивают величиной от -50 до -80 %), а б1^ -от 6 до 8 %. Но, как представляется нам принять эти значения за неоспоримые диагностические признаки нельзя, так как в указанные интервалы укладываются изотопные характеристики вод, весьма далеких по генезису от ювенильных. К примеру, в атмосферных осадках, реках и озерах Восточной Сибири 8D составляет от 64 до190 %.
Усугубляется неопределенность данных об изотопном составе ЮВФ также окислительно-восстановительным режимом верхней мантии. При сравнении флюидных включений из образцов базальтов различных рифтовых систем мира было
обнаружено, что эти включения базальтов континентальных рифтов обладают высокой степенью окисленности, а из океанических рифтов характеризуются существенно восстановительными условиями. Это очень важная информация, так как эксперементально было установлено, что характер среды определяет направленность изотопного фракционирования водорода внутри системы вода - другие во-дородсодержащие соединения. В частности, в метаносодержащем флюиде при температуре 300 0С в восстановительной среде дейтерием обогащаются молекулы воды, а в окислительной - метан. Еще более яркие эффекты фракционирования обнаруживаются в том случае, если в системе присутствует свободный водород. Это означает, что окислительно-
восстановительные условия среды влияют на изотопный состав водорода, входящего в молекулы воды, как на начальном этапе ее существования, так и позднее, пока может происходить изотопный обмен с водородом других водородсодержащих компонентов.
Весьма широкое пространство для изотопного обмена имеется также для кислорода воды, поскольку этот элемент входит в кристаллические решетки многих породообразующих минералов.
Возможности идентификации ЮВФ значительно расширяются за счет изучения изотопных соотношений его газовой составляющей, а также элементов, которые могут изночально присутствовать в воде, однако лишь в том случае, если их значения надежно установлены для пород мантии. К таким элементам относятся Ar, S, ^ причем лидером среди них бесспорно является гелий. Изотопное соотношение 3He/4He получило название «мантийной метки», поскольку в настоящее время, как указывает В.П. Якуцени [26], только в породах мантии (и метеоритах) значение это составляет п • 10-5, тогда как в других природных объектах оно, как минимум, на порядок ниже. Все остальные изотопные характеристики не могут быть однозначно истолкованы в пользу мантийного происхождения этих элементов, ибо в природе
вне мантии существуют условия, при которых изотопные составы Аг, Б, С и Бг идентичны значениям, установленным для пород мантии. Поэтому исследования изотопных характеристик веществ, присутствующих в ЮВФ, безусловно помогают установить генезис водного объекта, однако не могут считаться неоспоримыми (исключением является только Не). Они представляют определенный интерес лишь в комплексе с другими признаками.
Иной путь поиска диагностических признаков мантийного генезиса водного флюида заключается в попытках обнаружить особенности солевого состава, присущие только этим водам. В гидрогеохимии, наверное, трудно найти еще один вопрос, по поводу которого мнения ученых были бы столь же противоречивы, как в представлениях о минерализации и солевом составе ювенильных вод.
Если иметь в виду, что именно за счет ЮВФ был образован Мировой океан, то здесь наибольшей известностью пользуются воззрения А.П. Виноградова [2] и В. Руби [27]. Согласно представлениям названных исследователей, такая вода практически сразу за счет растворения сопутствующих ей кислых вулканических дымов приобретала свой анионный состав, аналогичный тому, который наблюдается в современной океанической воде [2].
Несколько иначе выглядит концепция М.Г. Валяшко [1], поддержанная А.Н. Когарко и И.Д. Рябчиковым [10], согласно которой первичный водный флюид уже на стадии отделения от базальтовых расплавов по концентрации и составу солей соответствует морской воде. Еще более радикальных взглядов придерживаются В.Ф. Дерпгольц и Е.С. Гавриленко [3], которые полагают, что воды, образующие ЮВФ, являются крепкими рассолами, подобными тем, что залегают в придонных частях котловин Красного моря.
Диаметрально противоположной точки зрения придерживаются А.Ф. Грачев и М.А. Мартынова [4, 5]. По утверждению этих исследователей, рассматриваемые воды изначально вообще не содержат в себе растворенных солей, что при соответству-
ющих условиях позволяет им играть ведущую роль в формировании инверсионных гидрохимических разрезов, как в глубоких артезианских бассейнах, так и в крупных поверхностных водоемах.
Суждения о том, что ювенильные воды изначально являются пресными, в свое время было высказано также А.А. Карцевым «. эндогенные воды в момент своего выделения и образования практически лишены растворенных компонентов» [9, С. 72].
Попробуем разобраться в сложившейся ситуации и с этой целью более детально проанализировать условия, в которых осуществляется генерация ЮВФ. Как ранее было показано, зарождение первичной воды осуществляется в условиях рифтогенеза при плавлении вещества мантии. В соответствии с результатами физико-химического моделирования ее генерация осуществляется за счет кислородсодержащего мантийного флюида, представляющего самостоятельную водно-углекислую ветвь глубинной дегазации Земли [6]. Процесс этот происходит на глубинах 30-40 км при температуре 12001250 0С. Как известно, в таких условиях вода состоит исключительно из мономерных молекул, которые к тому же в значительной степени диссоциированы на Н+ и ОН-.
Отсюда следует очень важный вывод: вода, присутствующая в магматическом расплаве, не может содержать в себе никаких растворенных веществ, поскольку ее растворяющая способность напрямую зависит от наличия в ней ассоциированных молекул (молекулярных агрегатов), а они в рассматриваемой обстановке полностью отсутствуют. Скорее вода сама растворена в магмах.
В том случае, когда у воды, содержащейся в магматическом расплаве, появляется возможность вместе с другими летучими, в первую очередь, газами отделиться от очага плавления и устремиться в область более низких температур и давлений, она мигрирует в виде пара и переходит в состоянии жидкости лишь при соответствующих РТ условиях (температура
ниже критической + 374 С). Несмотря на то, что в парообразной воде присутствует некоторое количество димеров (двумолекулярных агрегатов), ее растворяющая способность крайне низка и лишь жидкая вода приобретает это свойство, которое проявляется все ярче по мере роста числа ассоциированных молекул, т.е. при снижении температуры. Когда же вода уже в полной мере приобретает свое уникальное свойство - растворять в себе соли и газы в высоких концентрациях, решающую роль в формировании ее как природного раствора начинает играть резерв вещества, способного перейти в раствор [18]. Так, для того, чтобы ее химический состав отвечал представлениям М.Г. Валяшко, а тем более В.Ф. Дерпгольца, т.е. чтобы она имела соответствующий солевой состав и достаточно высокую минерализацию, ей в первую очередь необходимо накопить в себе большое количество хлора. Как известно, хлор является главным анионом практически всех природных вод, концентрация растворенных солей в которых превышает 5 г/кг (напомним, что в морской воде это 35 г/кг, а в рассоле даже более 300 г/кг). В то же время известно, что вещество, отделяющееся от зон плавления в условиях рифтогенеза, отличается достаточной однородностью, а в целом определяется элементным составом мантии. И здесь следует подчеркнуть особо, что хлор в этом веществе присутствует в исключительно низких концентрациях. Если к этому добавить, что в соответствии с экспериментальными данными, хлор не отделяется от базальтовых магм вместе с другими летучими, а почти целиком удерживается в этих магмах [28], то станет очевидным следующий факт: хлору просто неоткуда взяться, чтобы насытить ЮВФ до концентрации, отвечающей воззрениям М.Г. Валяшко и В.Ф. Дерпгольца.
Этот вывод убедительно подтверждают данные о составе пароводяной смеси месторождения Наумафьядль (Исландия), являющегося более ярким представителем ЮВФ, разгружающегося в условиях рифтогенеза [11]:
0,6М1,5 НзВО441НВ26ВО423С/15НСОз4^ ; у = ш„ с
4 4 №90К9Са1
Подтверждают данную концепцию также результаты реконструкции состава глубинных флюидов, произведенной путем термодинамических расчетов на основании химического анализа разгружающихся водной и паровой фаз и газов:
Н.ЗО. 0,85М1,4-
. НБ50НСОПВО. 11С!8Ма^ВО. 7 Н,ВО. 5^2
Согласно В.И. Кононову, именно «такой маломинерализованный высокотемпературный флюид кремнисто-гидросульфидного натриевого состава и характерен, по-видимому, для глубинных частей базальтового разреза областей современного вулканизма с океаническим типом земной коры» [11, С. 179].
Что же касается хлора, то В.И. Кононов на основании обобщения данных, полученных в результате изучения 14 скважин ряда гидротермальных систем Исландии (Рейкъяниса, Свартсенги, Несъяведли-ра и Наумафьядля) приходит к следующему заключению: «концентрация хлора в воде определяется только его поступлением либо из морской воды, либо из пород в результате процессов выщелачивания» [11]. Это означает, что в ЮВФ он попросту отсутствует.
Таким образом, остается открытым лишь один вопрос: как можно объяснить, что водные включения в базальтах, согласно данным А.Н. Когарко и И.Д. Рябчи-кова, имеют химический состав, аналогичный составу современной морской воды?
Здесь, скорее всего, свою роль играют два обстоятельства: во-первых, как уже отмечалось, хлор не отделяется от базальтового расплава и таким образом увеличивает свою концентрацию в породе, как бы мала она не была в расплаве; во- вторых, оставшаяся в базальтах вода, безусловно, взаимодействует с вмещающей геологической средой, т.е. выщелачивает из породы наиболее растворимые соединения. Процесс этот во многом зависит как от времени, так и от количественного соотношения порода ^ вода. Как показали результаты анализов водных вытяжек из одних и тех
же образцов горных пород (лерцолитов из Прибайкалья и острова Шпицберген), по мере увеличения данного соотношения концентрация раствора увеличивается и одновременно изменяется состав растворенных солей [5]. Скорее всего, в базальтах это соотношение таково, что вполне может обеспечить наблюдающийся солевой состав их жидких включений.
Утверждая, что вода в ЮВФ является ультрапресной, возможно, следует обсудить еще один вопрос. Почему-то специалисты в области петрографии, рудной минералогии и др. не всегда согласны с тем, что ЮВФ может сохранить низкую минерализацию воды, пройдя путь от очага плавления до места разгрузки. Они полагают, что независимо от того, с какими породами происходит взаимодействие, вода приобретает достаточно весомый солевой состав. Попробуем их разубедить. Физическая природа подобного взаимодействия раскрыта В.Л. Сывороткиным [24] со ссылкой на результаты экспериментальных исследований Ф.А. Летникова. И хотя названный автор рассматривает водород, полагаем, что приведенные им доказательства полностью отвечают ситуации с водой.
Речь идет о сопоставлении скорости движения ЮВФ и скорости диффузионных процессов. Когда скорость потока намного больше коэффициента диффузии реагирующего компонента внутри твердой фазы, приходит к выводу автор, то в короткий отрезок времени после того, как прореагировала поверхность минеральных зерен и процесс перешел в диффузионную область, флюид в ничтожной степени реагирует с породой и, по сути, флюидный перенос идет в равновесных условиях. В этом и заключается ответ на вопрос, задаваемый петрологами и геохимиками - каким образом флюид из мантии, пройдя расстояние в десятки и даже в сотни километров по разрезу литосферы и ее поверхности, сохраняет свои многие физико-химические свойства и состав [13]. Объяснение, на наш взгляд, более чем убедительное.
Что касается рудных гидротермальных месторождений, то, представляется, здесь вообще не должно быть никаких вопросов. Безусловно, РТ условия, в которых зарождается и движется ЮВФ, могут способствовать тому, что его используют как транспортное средство и вместе с ним или в его воде осуществляется миграция рудных компонентов. Но перемещаются они лишь до «станции назначения», т.е. соответствующего геохимического барьера, где «пассажиры высаживаются» и формируют месторождения.
Кроме того, еще раз считаем важным подчеркнуть, что говоря об ультрапресной воде, мы имеем ввиду лишь главные компоненты солевого состава природных вод, т.е. С1 - Б04 - НСОз (СОз), № - М§ - Са; о микрокомпонентах, к которым относятся элементы рудной минерализации, речь вообще не идет.
И, наконец, последняя тема, которой следует коснуться, обсуждая ЮВФ - это эффекты, к которым приводит его разгрузка в верхние геосферы.
Не касаясь прямых выходов ЮВФ на поверхность Земли (а это в первую очередь уже упоминавшиеся водородные термы, приуроченные к срединной неовулканической зоне Исландии, а также, возможно, их аналоги - гейзеры Сонома в Калифорнии и термальное поле Ахуачапан в Сальвадоре), остановимся на его роли в формировании различных водных объектов.
Здесь, прежде всего, следует обратиться к работам исследователей, которые, практически не рассматривая особенности ЮВФ как такового, тем не менее отводят главную роль в формировании крупномасштабных гидрохимических инверсий именно ему. В частности, это многие работы Ю.А. Ежова, посвященные обращенной гидрохимической инверсии ряда глубоких артезианских бассейнов [7]. Причину данного явления названный автор видит во внедряющихся из больших глубин по разломам газопарожидких пресных флюидах, состоящих главным образом из метана, углекислоты, водорода, а также парообразной и жидкой воды.
По существу такой же точки зрения придерживается и А.А. Розин, объясняющий инверсии солевого состава подземных вод Западно-Сибирского артезианского бассейна миграцией слабоминерализованных растворов со стороны фундамента [20]. Однако вопрос - что конкретно представляет собой «глубинный водный флюид», создающий эффект опреснения в нижних частях артезианских бассейнах, названными исследователями не рассматривается.
Было установлено, что подток снизу ультрапресных вод мантийного генезиса, т.е. ЮВФ происходит в Байкальской риф-товой зоне, в результате чего формируются гидрохимические инверсии не только в артезианских бассейнах, к примеру, в Усть-Селенгинской впадине, но и в самом озере Байкал [4, 5, 6, 15, 16].
Скорее всего, основным фактором, объясняющим низкую минерализацию воды бессточного озера Танганьика, расположенного в Восточно-Африканской риф-товой зоне, также является участие в его питании ЮВФ [18].
Полагаем, что приведенных примеров достаточно, чтобы показать масштабность рассматриваемого явления, т.е. участия, а иногда и ведущей роли ЮВФ в формировании самых различных водных объектов - от гидротерм до крупных поверхностных водоемов. Бесспорно, остаются открытыми вопросы, касающиеся количественной стороны процесса. Здесь ясно лишь одно - если бы поступление ЮВФ в верхние геосферы не было бы достаточно масштабным, о наблюдающихся эффектах не могло бы быть речи.
Таким образом:
1. При рифтогенезе от магматических расплавов, формирующихся в мантии за счет эффекта декомпрессии, отделяется ювенильный водный флюид (ЮВФ).
2. Единственным достоверным диагностическим признаком, доказывающим мантийное происхождение данного флюида, является «мантийная метка»,
т.е. изотопное соотношение гелия (3Не/4Не = n-10"5).
3. Вода, являющаяся главной составляющей флюида, изначально не содержит в себе растворенных солей, т.е. является ультрапресной. По мере продвижения к поверхности Земли она, естественно, обретает определенное солевое содержание, величина и качественный состав которого зависят от геологической среды, с которой осуществляется взаимодействие.
4. Ювинильный водный флюид способен играть роль «транспортного средства» при переносе рудных компонентов до зоны рудоотложения.
Библиографический список
1. Валяшко М.Г. Эволюция химического состава воды океана // История Мирового океана. - М.: Наука, 1971. - С. 97104.
2. Виноградов А.П. Введение в геохимию океана. - М.: Наука, 1967. - 215 с.
3. Гавриленко Е.С., Дерпгольц В.Ф. Глубинная гидросфера Земли. - Киев: На-укова думка, 1971. - 272 с.
4. Грачев А.Ф., Мартынова М.А. О вероятном составе воды первичного океана. - Л.: Вестник ЛГУ, 1980, № 12. - С. 1725.
5. Грачев А.Ф., Мартынова М.А. Некоторые закономерности формирования гидросферы. - Л.: Вестник ЛГУ, 1980, № 24. - С. 76-85.
6. Диденков Ю.Н., Бычинский В.А., Мартынова М.А. и др. Структурно-гидрогеологические основы физико-химического моделирования процессов формирования гидросферы Байкальского рифта // Известия ВУЗов Сибири. Серия наук о Земле. - Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2005, № 8. - С. 81-100.
7. Ежов Ю.А. Закономерности распространения химических инверсий в подземной гидросфере // Сов. Геология, 1981, № 1. - С. 106-112.
8. Кадик А.А., Френкель М.Я. Магмооб-разование, сопряженное с декомпрессией коры и мантии в присутствии ле-
тучих компонентов // Геохимия, 1980, № 4. - С. 467-496.
9. Карцев А.А. Гидрогеология нефтяных и газовых месторождений. - М.: Недра, 1972. - 280 с.
10. Когарко А.Н., Рябчиков И.Д. Летучие компоненты в магматическом процессе // Геохимия, 1978, № 9. - С. 1293-1321.
11. Кононов В.И. Геохимия термальных вод областей современного вулканизма. - М.: Наука, 1983. - 216 с.
12. Ланге О.К. Гидрогеология. - М.: Высшая школа, 1969. - 365 с.
13. Летников Ф.А. Синергетика геологических систем. - Новосибирск: Наука, 1992. - 230 с.
14. Мартынова М.А. О двух типах подземных вод эндогенного генезиса областей современного вулканизма // Гидрогеология и геохимия. Вып. 2. - Л.: Изд-во Лен. Ун-та, 1983. - С. 21-32.
15. Мартынова М.А., Мартьянова Г.И. О роли глубинного флюида в формировании инверсионных гидрохимических разрезов. - Л.: Вестник ЛГУ, 1984, № 18. - С. 78-82.
16. Мартынова М.А., Мартьянова Г.И., Сергеева Т.В. К проблеме формирования гидрохимических инверсий. - Л.: Вестник ЛГУ, 1986, № 4. - С. 29-38.
17. Мартынова М.А. Гидрогеологические аспекты тектоники литосферных плит // Роль подземной гидросферы в исто-
рии Земли. - М., Наука, 1990. - С. 3948.
18. Мартынова М.А., Часовникова Е.В. Гидрогеохимия. - СПб.: Изд-во С-Петерб. Университета, 1993. - 225 с.
19. Общая гидрогеология // отв. ред. Е.В. Пиннекер. - Новосибирск: Наука, 1980. - 230 с.
20. Розин А.А. Подземные воды ЗападноСибирского артезианского бассейна и их формирование. - Новосибирск: Наука, 1977. - 100с.
21. Саваренский Ф.П. Гидрогеология. -М.-Л.: ОНТИ, НКТП СССР, 1935. - 335 с.
22. Самарина В.С. Гидрогеохимия. - Л.: Изд-во ЛГУ, 1977. - 360 с.
23. Семихатов А.Н. Гидрогеология. - М.: Изд-во СельхозГИЗ, 1954. - 328 с.
24. Сывороткин В.Л. Глубинная дегазация Земли и глобальные катастрофы. - М.: ООО «Геоинформцентр», 2002. - 250 с.
25. Файф У., Прайс Н., Томпсон А. Флюиды в земной коре. - М.: Мир, 1981. -436 с.
26. Якуцени В.П. Геология гелия. - Л.: Недра, 1968. - 232 с.
27. Ruby W.W. Geologic history of sea water // The origin and evolution of atmosphere and oceans, 1964. - P. 1-63.
28. Sigvaldsson G.E., Oskarsson N. Chlorine in basalts from Iceland // Geochim. et Cosmochim. Acta, 1976, vol. 40. - P. 777-789.
Рецензент: - кандидат геолого-минералогических наук, доцент НИ ИрГТУ Л.И. Аузина
