Подземные воды зоны насыщения дна морей и океанов

На окраинах Мирового океана выделяется обширный пояс взаимоперехода «суша—океан». Этот пояс, по существу, представляет собой опустившиеся ниже уровня океана окраины континентов и состоит из субмаринных артезианских бассейнов, гидрогеологических массивов и вулканогенных бассейнов, переработанных в той или иной степени водами морей, их покрывающих. Наряду с этими структурами наблюдаются субмаринные бассейны глубоких котловин, сходные с субокеанскими бассейнами, а также островные дуги с примыкающими к ним со стороны океана субокеаническими бассейнами желобов. Островные дуги состоят из малых артезианских бассейнов и гидрогеологических массивов, перекрытых вулканогенными бассейнами. Субокеанические бассейны желобов ограничивают пояс перехода «суша—океан» там, где окраины континентов активны, как, например, на западе Тихого океана. Там же, где пояс перехода «пассивен», он ограничен уступом континентального склона, например на севере Европы и Азии.
Наконец, в океане и окраинных морях встречаются коралловые острова и рифы, тесно связанные с теплыми и чистыми их водами. Особенно многочисленны коралловые острова в пределах вулканогенных бассейнов. Мощность коралловых рифов достигает 1000 м и более, а их пористость составляет 15—40 %. В субаквальной части они содержат соленые океанического типа воды, а на островах — пресные атмосферного происхождения воды.
В пределах дна Мирового океана выделяется два главных типа гидрогеологических структур (рис. 9.19): подвижные гидрогеологические области, приуроченные к так называемым срединным океаническим хребтам и поднятиям и стабильные гидрогеологические области, приуроченные к его платформам. Подвижные гидрогеологические области состоят из рифтовых бассейнов, приуроченных к осевым частям областей и вытянутых вдоль их простирания, субокеанических гидрогеологических массивов, сложенных основными породами океанической коры и мантии, океанических вулканогенных бассейнов, большей частью скрытых под водами океанов, а местами и островных, и, наконец, многочисленных разломов продольных и поперечных.

Стабильные гидрогеологические области слагаются субокеаническими бассейнами котловин, составляющих их основу, субокеаническими гидрогеологическими массивами, обычно отделяющими один бассейн от другого, вулканогенными бассейнами групповыми и одиночными, расположенными как на периферии субокеанских бассейнов, так и в их пределах, разломами близширотными и реже субмеридиональными.
Соотношение различных типов структур на дне океана показано на примере Тихого океана (рис. 9.20). Подвижные гидрогеологические области образуют узкие полосы общей протяженностью 60 000 км. Они разделяют дно океана на обширные стабильные области. В них главную роль играют субокеанические бассейны котловин.
Подвижные области являются вместилищем трещинных вод субокеанических гидрогеологических массивов и лавовых вод вулканогенных бассейнов, субаквальных и реже островных, подчиненное значение имеют иловые воды рифтовых бассейнов и склонов гидрогеологических структур, приуроченные к рыхлым осадкам, покрывающим эти области чехлом небольшой мощности. Наконец, большое значение в гидрогеологии подвижных областей имеют трещинные воды многочисленных разломов продольных и поперечных.

Химия подземных вод подвижных областей характеризуется преобладанием вод, по составу и минерализации близких к океаническим. Пресные воды атмосферного питания играют на островах вулканического и кораллового происхождения второстепенную роль.
Как показано ранее, наиболее активное взаимодействие океанических вод и пород происходило в зонах крупных разломов рифтовых структур, где воды проникали на глубину в несколько километров. Масштабы поглощения вод в рифтовых зонах весьма значительны. По оценке Д.М. Эдмонда и К. фон Дамма, через осевые части подвижных областей каждые 8 млн. лет должна проходить масса воды, равная объему Мирового океана. Видимо, такая оценка этих процессов сильно преувеличена, но она показывает важную роль рифтовых зон в геологическом круговороте воды. По данным тех же авторов, в горячих водах, вытекающих ка дне Калифорнийского залива, отмечается содержание железа, цинка, меди, никеля и других металлов на несколько порядков больше, чем в морской воде. В жерлах источников отлагаются ангидрит, пирит и другие минералы. Вблизи выходов терм обнаружены залежи сульфидных руд. В процессе циркуляции в рифтовых зонах и с ростом температуры океанические воды теряют магний, сульфаты, гидрокарбонаты, обогащаются сероводородом, углекислотой, кремнеземом, различными микрокомпонентами.
Разгрузка терм в районе Восточно-Тихоокеанского поднятия (подвижная гидрогеологическая область) происходит на участках жерловых полей. Излив через жерла, имеющие высоту 20 м и более, происходит в виде: 1) чистых и слегка беловатых гидротерм с температурой несколько десятков градусов и скоростью истечения несколько сантиметров в секунду. Нa участках их выхода активного сульфидообразования не наблюдается; 2) белых «курильщиков» с температурой 100—350 °C и скоростью истечения несколько десятков сантиметров в секунду. На их участках отмечается барит, кремнезем; 3) черных «курильщиков» (рис. 9.21) с температурой более 350 °C и скоростью истечения 1—5 м/с. В этих водах 3He в 53 раза больше, чем в морской воде. В них также обнаружены кремнекислота, сероводород, железо, медь, цинк и другие металлы. По степени минерализации и составу эти воды сильно отличаются от воды океана и иловых вод его дна. Над одним из термальных источников Восточно-Тихоокеанской области А.П. Лисицин обнаружил «облако» воды, обогащенное взвесями железа и марганца. Поровые воды в этом районе обогащены не только железом и марганцем, но и цинком и бором. Изучение изотопов газов, включая и изотопы гелия, позволяет отнести глубинные термы подвижных гидрогеологических областей отчасти к мантийным.

Высокотемпературные металлоносные воды участвуют в различных гидротермальных преобразованиях пород, в том числе и в их серпентинизации. Указанная направленность гидрохимических процессов и широкая масштабность их проявления в подвижных гидрогеологических областях были характерны и для прошедших геологических эпох.
Стабильные гидрогеологические области характеризуются трехслойным строением субокеанических бассейнов котловин. Верхний слой рыхлых осадков содержит иловые воды, близкие по составу к океанической воде. На отдельных участках областей химический состав иловых вод претерпевает существенные изменения под воздействием органического вещества осадков, континентальных вод, криогенеза. Часто активно протекают процессы сульфатредукции, катионного обмена, вторичного минералообразования. С глубиной осадки уплотняются и в зависимости от их состава изменяется состав иловых вод. Мощность верхнего слоя колеблется в широких пределах — от немногих десятков метров до одного километра и редко более. Под верхним слоем залегает средний слой, представленный консолидированными осадочными породами разного состава, переслаивающимися с вулканитами; для среднего слоя типичны трещинно-пластовые воды. Мощность слоя до одного километра, а иногда и более. В ряде случаев средний слой выклинивается. Верхний и средний слои составляют «чехол» стабильных гидрогеологических областей, который залегает на «фундаменте» — нижнем слое, представленном в основном базальтами и другими основными породами. В нижнем слое находятся трещинные воды.
Весьма значительные мощности чехла присущи субокеаническим бассейнам желобов, особенно их дну и склонам, примыкающим к островным дугам. О.В. Шишкина отмечает для бассейнов желобов Курило-Камчатского и Японского преобразование с глубиной иловых вод океанического хлормагниевого типа, присущих водам верхнего слоя, в хлоридно-щелочной тип.
В составе поровых вод осадков глубоководных внутренних областей океана наблюдаются изменения по сравнению с океаническими — от небольших в глубоководных красных глинах, заметных в кремнистых осадках и до наибольших в карбонатных осадках. В иловых водах карбонатных осадков отмечается увеличение содержания кальция и стронция и уменьшение магния, повышение солености и хлоридов. Однако все эти изменения, наблюдаемые в иловых водах карбонатных и других осадков внутренних областей океана, не меняют типа воды, который остается океаническим—морским. Это постоянство типа состава является специфической особенностью подземных вод дна океана.
Дно Мирового океана только начинает осваиваться. Получены первые данные о химии подземных вод рыхлых осадков, термопроявлениях в рифтовых зонах и другие сведения. Интерес к гидрогеологии дна океанов растет, а это означает, что недалеко то время, когда начнется практическое освоение подземных вод океанического дна.