Вопрос 20

Поствулканические процессы и термальные воды. Гейзеры, фумаролы, горячие источники!

Поствулканические процессы (от лат. post — после, позже), совокупность минералообразующих процессов, протекающих после излияния лавы или внедрения магмы в толщу пород. Наибольшая роль принадлежит термальным водам и газам, которые выделяются из магмы, а также поверхностным водам, прогретым магматическим теплом. К П. п. относятся алунитизация, цеолитизация, хлоритизация, опализация и др. процессы, приводящие к образованию различных типов измененных пород: опалово-алунитовых, цеолит-карбонат-хлоритовых и др. С П. п. связаны такие вулканические явления, как фумаролы, сольфатары, мофеты, горячие источники в окрестностях вулканов.

После наиболее активной фазы извержения деятельность вулканов постепенно ослабевает, но может еще продолжаться длительное время в особых формах, объединяемых общим понятием поствулканических процессов или явлений, характеризующих или промежуточную между извержениями стадию, или окончательное затухание вулкана. Поствулканические процессы проявляются в виде продолжающегося сравнительно спокойного выделения газов, главным образом из трещин на склонах и у подножия вулкана, в виде образования небольших грязевых вулканов, извергающих время от времени потоки жидкой грязи, или в виде образования горячих водных источников, в том числе и ритмично фонтанирующих гейзеров.

В первом случае выделяющиеся из кратера и боковых трещин пары воды и газы знаменуют собой фумарольную или сольфатарную фазы, которые могут продолжаться от нескольких месяцев до сотен и тысяч лет. Так, например, деятельность вулкана Сольфатара недалеко от Неаполя более 2000 лет ограничивается только выходом сернистых газов, от которых, кстати, получил название и сам вулкан. Наконец, приближение полного угасания вулканической деятельности выражается в мофеттах, выделяющих преимущественно углекислый газ. Выделения мофетт часто превращают многие долины и пещеры в «долины и пещеры смерти» вследствие удушающего действия на мелких животных накапливающейся углекислоты.

В большинстве вулканических кратеров и боковых выходов фумарольные и сольфатарные газы вступают в химические реакции друг с другом и с лавой и образуют вещества, называемые возгонами или сублиматами, которые отлагаются в виде натеков, инкрустаций и порошков на прилегающих холодных поверхностях лавы. Самыми существенными из этих образований несомненно являются желтая кристаллическая или порошковатая сера, белый “хлористый аммоний, желтый хлорид железа и борная кислота. Часто в виде сублиматов выделяются окиси металлов и соли. В инкрустациях вокруг фумарол в «Долине десяти тысяч дымов» (Северная Америка) были обнаружены соединения свинца, меди, олова и цинка, а в отложениях серы в кратере вулкана Ла-Суфраль в Колумбии было найдено даже золото. В тех случаях, когда скопления сублиматов представляют количественный интерес, они разрабатываются как месторождения полезных ископаемых.

Если восходящие фумарольные или сольфатарные газы и пары воды по пути встречают насыщенные водой рыхлые продукты, то они выбрасывают или выталкивают последние в виде грязи, образующей небольшие конусы или чашеобразные углубления, известные под названием грязевых вулканов или салъз. Из конусов сальз иногда изливаются сплошные миниатюрные грязевые потоки, а в чашеобразных сальзах время от времени грязь клокочет, как при кипении, и даже взлетает вверх. Вулканические сальзы характеризуются постоянно высокой температурой газов, представленных обычными газами фумарол и сольфатар с обильными парами воды, но вовсе или почти не содержат метана как продукта разложения органических веществ. Вулканические сальзы проявляются только в вулканических областях и располагаются обычно у подошвы действующего или затухающего вулкана. Последней стадией их деятельности является образование и излияние потоков грязи с умеренной температурой мофетт.

Вулканические сальзы не следует смешивать с внешне сходными тектоническими грязевыми вулканами или вулканоидами (например, грязевыми вулканами Керченского полуострова). Последние проявляются вследствие тектонических процессов в нефтеносных областях и никакой генетической связи не имеют с процессами магматизма, в том числе и вулканическими явлениями. Заключительной стадией в жизни вулканов является образование горячих водных источников. Одни из них представляют собой свободно и спокойно вытекающие на поверхность струи и потоки теплой и горячей воды, иногда с обильными пузырьками газов, другие выходят на поверхность в виде пароводяных столбов и фонтанов. Последние известны под названием гейзеров.

Горячие источники широко распространены на земной поверхности и приурочены к областям .как действующих, так и недавно потухших вулканов Они различаются по температуре, достигающей у некоторых источников точки кипения, а также по составу растворенных газов и минеральных солей. Последние придают горячим источникам целебные свойства, которые широко используются при санаторно-курортном лечении.

Гейзеры впервые изучались и были описаны в районе Гейзир в Исландии, откуда и получили свое название. Они по характеру своей деятельности напоминают настоящие ритмично действующие вулканы, только продуктами извержений являются вода и пар. Извержения большинства гейзеров происходят через строго определенные интервалы (минуты, десятки минут, часы). Такая ритмичность объясняется наличием вертикальных у поверхности и зигзагообразных или коленчатых на глубине выводных каналов, соединяющих подземный резервуар пара с поверхностью, а также высокой температурой воды, близкой к температуре кипения.

Процесс извержения состоит в том, что вода, накопившаяся в вертикальной части канала по крайней мере до его второго изгиба, сдерживает давление пара в резервуаре, а это приводит к перегреву воды в нижней части канала; с увеличением давления воды выталкивается вверх за изгибы. Остающаяся в резервуаре перегретая вода от уменьшения давления быстро превращается в пар, который с большей или меньшей силой вырывается наружу, выталкивая всю воду из вертикального канала, и бьет какое-то время в виде пароводяного фонтана. Выброшенная в воздух вода частично падает обратно в кратер гейзера, называемый грифоном, но уже охлажденная, и понижает температуру воды под грифоном в вертикальной части выводного канала. Извержение на время прекращается до тех пор, пока вода вновь не перегреется и давление пара не достигнет силы, достаточной для повторения процесса. Сила давления водяных паров у некоторых гейзеров столь велика, что выталкиваемые столбы воды взлетают фонтанами до 100 м высотой. Большинство гейзеров фонтанирует на высоту от 1 до 10 м. Воды гейзеров и горячих источников почти всегда содержат вещества, избыток которых при охлаждении раствора отлагается на окружающей выход поверхности в виде накипи. Накипь кремнистого состава отлагается главным образом около гейзеров и называется гейзеритом.

Наиболее известными областями распространения гейзеров являются острова Исландия и Новая Зеландия, Йеллоустонский национальный парк в Северной Америке и Камчатка, где в долине рч. Гейзерной гейзер Великан фонтанирует через каждые 2 ч 50 мин, выбрасывая столб воды до 40 м и столб пара до 400 м.

Фумаролы (итал. fumarola — дымящая трещинка вулкана), небольшие отверстия и трещинки, по которым поднимаются струи горячих газов (H₂O, HCI, HF, SO₂, CO₂, CO, H₂S, H₂ и др.), выделяющихся из магмы (первичные Ф.) и из ещё не остывших лавовых потоков и пирокластических отложений (вторичные, безкорневые Ф.). Ф. расположены в кратере, на склонах и у подножия вулкана. Выделение газов из Ф. часто происходит под давлением и сопровождается звуками. С понижением температуры пары воды переходят в жидкое состояние; в зависимости от термодинамических условий в ней растворяются некоторые совместно выделяющиеся газы, а также газы и вещества, возникшие в результате реакций с боковыми породами и захваченные по пути движения к поверхности Земли; так происходит образование в районе действующих вулканов гидротермальных растворов — фумарольных терм. С Ф. связано отложение возгонов галогенидов, сульфатов, самородной серы и др.

Геотерма́льный исто́чник (греч. γαία — земля и θερμ — тепло, жар) — выход на поверхность подземных вод, нагретых выше 20 °C.^[1] Также существует определение, в соответствии с которым источник называется горячим, если имеет температуру выше среднегодовой температуры данной местности.^[2]

Большинство горячих источников питаются водой, которая подогревается магматическими интрузиями в районах активного вулканизма. Однако не все термальные источники привязаны к таким областям, вода также может подогреваться конвективной циркуляцией — просачивающиеся вниз подземные воды достигают глубины около километра и более, где порода имеет более высокую температуру из-за геотермического градиента земной коры, составляющего около 30 °C на км первые 10 км.^[3]

Термальные минеральные источники подразделяются на тёплые (20-37 °C), или горячие (37-50 °C) и очень горячие (50-100 °C).

Термальные воды (франц. thermal — тёплый, от греч. thérme — тепло, жар), подземные воды земной коры с температурой от 20 °С и выше. Глубина залегания изотермы 20 °С в земной коре от 1500—2000 м в районах многолетнемёрзлых пород до 100 м и менее в районах субтропиков; на границе с тропиками изотерма 20 °С выходит на поверхность. В артезианских бассейнах на глубине 2000— 3000 м скважинами вскрываются воды с температурой 70—100 °С и более. В горных странах (например, Альпы, Кавказ, Тянь-Шань, Памир) Т. в. выходят на поверхность в виде многочисленных горячих источников (температура до 50—90 °С), а в районах современного вулканизма проявляют себя в виде гейзеров и паровых струй (здесь скважинами на глубине 500—1000 м вскрываются воды с температурой 150—250 °С), дающих при выходе на поверхность пароводяные смеси и пары (Паужетка на Камчатке, Большие Гейзеры в США, Уайракей в Новая Зеландии, Лардерелло в Италии, гейзеры в Исландии и др.).

Химический, газовый состав и минерализация Т. в. разнообразны: от пресных и солоноватых гидрокарбонатных и гидрокарбонатно-сульфатных, кальциевых, натриевых, азотных, углекислых и сероводородных до солёных и рассольных хлоридных, натриевых и кальциево-натриевых, азотно-метановых и метановых, местами сероводородных (см. Минеральные воды).

Издавна Т. в. находили применение в лечебных целях (римские, тбилисские термы). В СССР пресные азотные термы, богатые кремнекислотой, используют известные курорты — Белокуриха на Алтае, Кульдур в Хабаровском крае и др.; углекислые Т. в.— курорты Кавказских Минеральных Вод (Пятигорск, Железноводск, Ессентуки), сероводородные — курорт Сочи-Мацеста (см. Сочи). В бальнеологии Т. в. подразделяют на тёплые (субтермальные) 20—37 °С, термальные 37—42 °С и гипертермальные св. 42 °С.

В районах современного и недавнего вулканизма в Италии, Исландии, Мексике, СССР, США, Японии работает ряд электростанций, использующих перегретые Т. в. с температурой свыше 100 °С. В СССР и др. странах (Болгария, Венгрия, Исландия, Новая Зеландия, США) Т. в. применяют также для теплоснабжения жилых и производств. зданий, обогрева теплично-парниковых комбинатов, плавательных бассейнов и в технологических целях (Рейкьявик полностью обогревается теплом Т. в.). В СССР организовано теплоснабжение микрорайонов гг. Кизляра, Махачкалы, Зугдиди, Тбилиси, Черкесска; обогреваются теплично-парниковые комбинаты на Камчатке, Кавказе. В теплоснабжении Т. в. делятся на слаботермальные 20—50 °С, термальные 50—75 °С. высокотермальные 75—100 °С.

Ге́йзер (исл. geysir, название одного из источников «Золотого кольца», от исл. geysa — хлынуть) — источник, периодически выбрасывающий фонтаны горячей воды и пара. Гейзеры являются одним из проявлений поздних стадий вулканизма, распространены в областях современной вулканической деятельности