Массивные сульфиды
Гидротермальная деятельность в условиях морского дна вблизи срединно-океанических хребтов и островных дуг весьма обычна. Hannington et al. (2005) установили, что более 80% активных вулканов мира находятся в океанах и большая часть поверхностной гидротермальной активности концентрируется вдоль 55000 км срединно-океанических хребтов и 22000 км островных дуг (рис. 1 Pirajino, 2009 глава 7).
Рис. 1. Расположение известных подводно-морских низкотемпературных и высокотемпературных гидротермальных систем, связанных с Fe-Mn металлоносными осадками и полиметаллическими сульфидными месторождениями
Вместе с другими гидротермальными системами, гидротермальные системы на морском дне состоят из источника тепла (подстилающий магматический очаг), область водного питания, конвективная ячейка и разгрузка на морском дне в виде горячих источников, связанные с дренами и разломами (рис. 2, Pirajino, 2009 глава 7).
Рис. 2. Схематическое представление гидротермальной циркуляции в спрединговом центре и взаимоотношения между верхней мантией и океанической корой под гребнем срединно-океанического хребта, (А) магматический очаг располагается на глубинах от 1–4 км от морского дна; извержение лав происходит по системе сплошных даек, (В) большие термические градиенты (смотри также рис.7.8 и 7.10) вследствие внедрения мафической магмы с температурами ~ 1200°C в холодную, насыщенную водой и пористую океаническую кору; мощная гидротермальная система в спрединговом центре создаёт циркуляцию и перенос кислых и металлоносных флюидов к морскому дну; сульфиды и сульфаты отлагаются вследствие смешения с холодными и окисленными водами
Конвекция и нагревание морской воды происходят на глубинах 2-8 км в океанической коре. Нагретая морская вода, превращаясь в гидротермы, может подвергаться кипению и разделению на фазы с образованием горизонта рассолов в недрах океанической коры. Проникновение гидротерм (флюидов) вниз происходит по сети мелких трещин, называемых фронтом растрескивания (Kelley et al. 2002). Гидротермальные растворы подвергаются изменениям температуры, состава и концентрации летучих компонентов в результате серии реакций с вмещающими породами, извлекая металлы, такие как Cu, Zn, Pb, Fe, при температурах, колеблющихся от 350 дo 550°C и вызывая изменения. Na, Mg и Ca привносятся в породы, в результате чего происходит их изменение с образованием минеральных комплексов фаций зелёных сланцев (хлорита, амфибола и альбита). Комбинация гидротермальной и биогенной деятельности на морском дне производит сульфидную и окислительную минерализацию. Металлоносные гидротермы - сильно восстановленные, с рН 2-6 мигрируют по трещинной системе, разгружаясь на морском дне в виде горячих источников (чёрные и белые курильщики) при температурах 350-400°C. Открытие гидротермальных проявлений на морском дне после выявления глубинно-морских геохимических аномалий около 40 лет назад привело к всплеску очень успешных исследований, пониманию отложения минералов на морском дне с непосредственным сравнительным анализом с наземными рудными месторождениями. Было обнаружено существование ранее неизвестных экосистем, которые процветают в условиях недостатка кислорода и серы. Были оценены будущие очень значительные минеральные ресурсы.
Целью работы Janecky D.R., SeyfriedW.E. Jr. Formation of massive sulfide deposits on oceanic ridge crests:Incremental reaction models for mixing between hydrothermal solutions andseawater является изучение химических реакций, которые происходят во время смешения гидротермального раствора с морской водой путём расчёта гетерогенных химических равновесий для почти полного набора элементов и путём привлечения минимума произвольных соединений.
Гидротермальные сульфидные месторождения, наблюдаемые на морском дне, состоят из бугров, частично сцементированных Fe-Zn-Cu сульфидными агрегатами, увенчанных “дымовыми трубами” из аналогичного материала, через которые энергично разгружаются гидротермальные растворы. Базальные насыпи имеют сотовидную текстуру, частично сцементированную ископаемыми ходами червей, и также включают массивные слои сульфидов. Очевидно, большая часть этих материалов образовалась в результате смешения гидротермальных растворов с морской водой . “Дымовые трубы” (“ДТ”) делятся на два типа: чёрные курильщики” (“ЧК”) и “белые курильщики” (“БК”) по составу частиц, которые взвешены в разгружающихся водах.
Рис. 1. Гидротермальная постройка с проявлениями "дымовых труб"
Рис. 2. Схематическое представление (А) сульфидный холм и (В) разрез чёрного курильщика. Первые отложения ангидрита, образующие главный край, после появления более высокотемпературных гидротерм сменяются сульфидами, отложенными из них. .