Ученые обнаружили в Тихом океане скопление «черных курильщиков» — гидротермальное поле, — расположенное вне оси срединно-океанического хребта. Оно оказалось не только очень обширным, но и высокотемпературным, что, по мнению исследователей, говорит о скором (в пределах нескольких лет) очередном подводном извержении в этой части Восточно-Тихоокеанского поднятия. Статья об этом открытии принята к публикации в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Гидротермальная активность, сопровождающаяся поступлением в океан горячей высокоминерализованной воды из земной коры, — частое явление в зонах спрединга на срединно-океанических хребтах. По многочисленным трещинам, возникающим в таких областях активного магматизма, холодные океанские воды проникают в кору. Циркулируя в толще океанической коры, они интенсивно нагреваются и насыщаются минеральными солями и газами. Разгружается гидротермальная система на дне океана, на глубинах 2,5–3 километра, выбрасывая перегретый (до 400 градусов) раствор с густой взвесью минеральных частиц. В ней в изобилии присутствуют сульфиды металлов, которые, осаждаясь в районе выброса гидротермального раствора, образуют характерную трубообразную постройку — «черный курильщик». Если вода циркулирует медленно, извергаются гидротермы более низкой температуры (менее 300 градусов), при этом осаждаются уже другие минералы — сульфаты, силикаты — и формируется постройка типа «белый курильщик».
Гидротермальная циркуляция через глобальную систему срединно-океанических хребтов оказывает заметное влияние на состав воды в океане. В этом процессе идет перенос веществ и тепла из молодой океанической коры, то есть, в конечном итоге, из мантии, в воду. Кроме того, в океане в районе выбросов гидротерм создаются биогеохимические градиенты, поддерживающие хемосинтетическую жизнь.
Скопления «черных курильщиков» в виде гидротермальных полей концентрируются в осевых зонах срединно-океанических хребтов. Они приурочены к многочисленным интенсивно остывающим неглубоким дайкам — местам внедрения магмы в узкие протяженные трещины, которые возникают при спрединге. Большим количеством высокотемпературных гидротермальных полей отличается ось Восточно-Тихоокеанского поднятия, по которой раздвижение литосферных плит происходит с высокой скоростью (от примерно шести сантиметров в год в северной части до 16 сантиметров в год на юге). Однако до настоящего времени при мониторинге гидротермальных источников на Восточно-Тихоокеанском поднятии предпочтение отдавалось поиску в зонах осевого вершинного прогиба хребта шириной до 200 метров, то есть прямо там, где происходит спрединг, и в непосредственной близости — на крутых внутренних склонах прогиба.
Американские исследователи во главе с Джилл Макдермот (Jill M. McDermott) из Лихайского университета в Бетлехеме обнаружили в северной части Восточно-Тихоокеанского поднятия гидротермальное поле, действующее вне осевой зоны хребта. Оно состоит из более чем 20 «черных курильщиков» высотой 5–10 метров и занимает вытянутый участок длиной 120 и шириной в среднем 30 метров (в самой широкой части — 60 метров). Общая площадь поля составляет приблизительно 5500 квадратных метров, а результаты расчета объема гидротермальных построек варьируют в пределах от 2710 до 5630 кубических метров.
Поле, получившее наименование YBW-Sentry, было обнаружено в 900 километрах к юго-западу от побережья Мексики. Оно удалено от оси спрединга примерно на 750 метров к востоку, то есть располагается на плите Кокос, на глубине около 2550 метров. Довольно близко к полю (всего в 265 метрах) находится участок с многочисленными трещинами, который, как предполагают ученые, отмечает зарождающийся новый разлом. По-видимому, именно к нему приурочена гидротермальная система YBW-Sentry.
Макдермот и ее коллеги подробно исследовали девять гидротермальных источников в пределах поля. Все они оказались высокотемпературными. Максимальную температуру — 368 градусов — показал «черный курильщик» в центральной части YBW-Sentry. Гидротерма, которую он извергает, по отношению к океанской воде обогащена ионами щелочных (литий, калий, рубидий) и щелочноземельных (кальций, стронций, барий) металлов, а также железа, кобальта и марганца. Геотермобарометрические расчеты на основе геохимических данных показали, что исходная температура гидротермального раствора должна составлять приблизительно 437 градусов при давлении около 38 мегапаскалей. Это значит, что циркуляция воды достигает глубины 1,3 ± 0,3 километра ниже океанского дна.
Данные сейсмического зондирования, полученные ранее, показывают наличие связанного с осью спрединга обширного очага магмы с кровлей на глубине 1,45 километра под дном океана. К востоку от него и чуть глубже есть еще одна магматическая линза. Примерно в 160 метрах над ней, по-видимому, находится нижняя граница гидротермальной системы YBW-Sentry. Глубокое проникновение воды обусловлено множественными трещинами вдоль молодого разлома, а направление циркуляции определяет его наклон.
Исследователи указывают, что YBW-Sentry значительно горячее и обширнее ближайших гидротермальных полей, расположенных в пределах осевой зоны спрединга. Развитие разлома, очевидно, вызвано активным магматизмом. В 1991–1992 и 2005–2006 годах здесь были зарегистрированы подводные вулканические извержения, и ученые полагают, что в течение нескольких лет следует ожидать очередного подобного события. В ближайшие два года в YBW-Sentry с помощью регистраторов температуры будет проводиться мониторинг изменений гидротермального режима.
Изучение донных отложений показало, что после предыдущих извержений бентосная фауна сильно пострадала на больших пространствах, но успешно восстановилась. Вероятнее всего, это произошло благодаря высокой активности «черных курильщиков» YBW-Sentry, указывают авторы исследования. Ученые надеются, что в дальнейшем область целевого картирования гидротермальных полей на срединно-океанических хребтах будет расширяться за пределы осевых зон.
Ранее N + 1 уже рассказывал об исследованиях гидротермальных систем. Так, геологи построили детальную схему глубинной водной циркуляции в Йеллоустоне, а биологи обнаружили, что белые скаты устроили инкубаторы рядом с «черными курильщиками».