Роль эндогенных факторов в формировании зоны гипергенеза

Не будь на Земле раскаленных недр, наша планета представляла бы собою скопище мертвых бесплодных камней. Только внутренние источники тепловой энергии являются первопричиной различного рода движений земной коры, формирования на ее поверхности разнообразных форм рельефа, геологического круговорота вод, газов и иных видов материи. Только внутреннее тепло приводит к так называемому «водородному и углекислому дыханию» Земли и, в конечном счете, создает условия для существования жизни.

На начальных этапах формирования Земли ее внутренняя энергия в основном определяла характер поверхностных процессов. По мере накопления осадочных термоизоляционных пород роль эндогенного тепла в экзогенезе сокращалась. В настоящее время тепловой поток, продолжающий непрерывно подыматься к дневной поверхности, как уже отмечалось, в сумме значительно уступает количеству солнечной тепловой энергии и поэтому не оказывает существенного влияния на поверхностное коро- и осадкообразование. Но уже на глубинах в сотни метров и первые километры, т.е. в нижней части зоны гипергенеза, роль его в формировании физико-химических сред и породообразовании весьма значительна. Нагретые глубинным теплом воды резко повышают свою агрессивность по отношению к вмещающим породам, активно участвуют в процессах гидролиза алюмосиликатов, растворения карбонатов, галогенных пород, в них накапливаются большие количества разнообразных рудных элементов. Существенно иное воздействие оказывают гидротермальные воды и газы, проникающие в приповерхностную часть зоны гипергенеза по разломам, надвигам, ослабленным контактам пород и пр. На путях их внедрения возникает крайне неуравновешенная физико-химическая система, характеризующаяся высокими градиентами изменения параметров и соответственно дифференциации вещества, образуются геологические тела зоны термального гипергенеза.

Для термального гипергенеза значимым является иной путь разложения воды, происходящий в глубоких недрах Земли. На больших глубинах разложение воды обусловлено взаимодействием ее паров с раскаленным веществом мантии. «Образование водорода из воды при ее взаимодействии с металлами и закисными соединениями (например, FеО, СО и др.) при высоких температурах не вызывает сомнений». Водород поднимается к поверхности, осуществляя «водородное дыхание» Земли, в то время как кислород остается в магматическом очаге, входя в состав возникающих здесь магнетита и других кислородсодержащих минералов. Водород постоянно присутствует в составе газов вулканических извержений, нефтяных и прочих катагенных вод глубинных горизонтов литосферы. Попадая в зону гипергенеза, свободный водород активно участвует в окислительно-восстановительных реакциях, резко понижая Еh природных сред и противодействуя проникновению в глубь литосферы окислительных обстановок.

Особенно важна роль магматогенного водорода, поступающего в зону гипергенеза в составе так называемых глеевых (бессероводородных) вод. Эти воды способны, интенсивно выщелачивая железо, выносить его на поверхность Земли, где гидроксиды железа на окислительном геохимическом барьере образуют «железные шляпы». Определенным доказательством широкого развития подобных процессов являются часто встречаемые железные шляпы над выходами обеленных гидротермалитов.

Поступление глубинных вод в зону гипергенеза сопровождается резким уменьшением их температуры и давления. Спад давления вызывает вскипание растворов, приводящее к изменению физико-химических параметров. В частности, воды с растворенной в них углекислотой и имеющие слабокислую реакцию, при вскипании теряют СО₂ и приобретают в зависимости от состава катионов в различной степени щелочную реакцию. Понижение температуры приводит к изменению порога растворимости элементов и выпадению их из раствора. Например, резко понижается растворимость соединений кремния, что может явиться причиной окремнения приповерхностных горизонтов зоны гипергенеза.

Эндогенные факторы принимают активное участие в метасоматических процессах, широко развитых в зоне гипергенеза. Именно они в местах проникновения в зону гипергенеза резко повышают общую неравновесность системы, что приводит к интенсификации процессов дифференциации вещества и, в конечном счете, к образованию месторождений.

Наиболее благоприятными обстановками для обнаружения ме­сторождений металлических полезных ископаемых, особенно тех, у которых высок кларк рудных концентраций (Аu, Аg, W и др.), являются районы, где на заключительном этапе эпохи корообразования имела место тектоно-магматическая активизация. Сопровождающие ее разрывные нарушения благоприятствуют интенсивному проникновению в зону гипергенеза рудоносных эндогенных растворов и газов.

9.5. Метасоматоз в зоне гипергенеза

В зоне гипергенеза на подвижность компонентов, их дифференциацию и формирование метасоматической колонки определяющее влияние, как правило, оказывают такие факторы как резкий спад температуры, давления, коллоидная сорбция, а также обусловленные жизнедеятельностью организмов колебания окислительно-восстановительного потенциала, опосредованно связанное с этим изменение рН среды и пр. Скорость и полнота метасоматических замещений определяется не столько абсолютными значениями температуры, давления и других условий метасоматических реакций, сколько их градиентами. В этом отношении зона гипергенеза является уникальной оболочкой Земли. Если градиент температур в глубинных образованиях не превышает 1—3° на 100 м, то в зоне гипергенеза, особенно в местах проникновения в нее термальных растворов, он местами составляет многие десятки градусов на 100 м.

Но дело не только в этом. Абсолютные значения температур в зоне гипергенеза несравненно более низкие, нежели в глубинных сферах Земли. В обстановке поверхностного гипергенеза они колеблются от —80°С до +80°С. Но именно в этом, казалось бы небольшом, диапазоне происходят качественные и количественные изменения в поведении большинства химических элементов. Так, при 0°С замерзает вода — основной агент выветривания — и практически замирает жизнь, прекращаются реакции гидратации и гидролиза. В интервале температур от 0°С до +10°С располагается «биологический нуль» большинства живых организмов, т.е. прекращаются их развитие и размножение. В интервале температур от +10 до +50°С в 50 раз возрастает степень диссоциации воды и соответственно ее гидролитические действия, с повышением температуры возрастает Еh среды, что в свою очередь ведет к более быстрому выгоранию органических остатков, сокращению количества органических кислот в почвенных водах и, соответственно, к повышению их рН.

Еще более разительны отличия в параметре Р. Если на глубинах абсолютно преобладает литостатическое давление, определяемое массой вышележащих пород, то в зоне гипергенеза господствует «арочное давление», позволяющее в условиях открытой пористости существовать гидростатическому давлению, а при отсутствии подземных вод сохраняться в трещинах, карстовых ходах, зонах катаклаза поверхностным Р -условиям. Очевидно, градиент давлений будет огромен, что является весьма благоприятным фактором для развития метасоматитов.

Одним из решающих показателей подвижности многих элементов в зоне гипергенеза (Fе, Мn и др.) является Еh среды, которое полностью зависит от биогенных поверхностных процессов фотосинтеза. В зоне гипергенеза интенсивно протекают процессы окисления сульфидов, создавая в местах скопления последних аномальные обстановки повышенной кислотности (до рН 1—2). Значения Еh, резко пониженные по сравнению с существующими на глубине, в зоне гипергенеза возникают в местах скопления углей, а также миграции нефтяных вод.

Особое (а в ряде случаев первостепенное) значение в миграции многих элементов занимают широко распространенные здесь коллоидные растворы и особенно присущие им органоминеральные комплексы.

Основную массу кор выветривания, развитых в приповерхностной части зон гипергенеза, составляют соединения кремния, алюминия и оксидного железа. Аl и оксидное Fe в условиях гумидного гипергенеза обладают весьма низкой ионной растворимостью. Высвобождаясь из решеток первичных минералов, они почти полностью гидролизуются и длительное время существуют в форме коллоидов или метаколлоидов, которые, в свою очередь, участвуют в гипергенном метасоматозе.

Чрезвычайно важна роль коллоидов в процессах сорбции из раствора и миграции различных элементов, особенно не достигающих предела растворимости. Основными коллоидными сорбентами в гипергенезе являются различные гумусовые вещества, глинистые минералы, водные соединения кремнезема, гидроксиды железа, алюминия, марганца, практически отсутствующие в глубинных обстановках.

9.6. ПРОГНОЗНАЯ ОЦЕНКА ЗОН ГИПЕРГЕНЕЗА

Прогнозная оценка зон гипергенеза, в основе которой лежит анализ факторов (критериев) прогноза, проводимый в процессе геологосъемочных работ, ведется в соответствии с алгоритмом, приведенном на рис. 1. При прогнозной оценке зон гипергенеза обязателен учет результатов палеогеографических, литолого-фациальных, геохимических, палеогидрогеологических, космогеологических и прочих исследований, которые осуществляются при геологической съемке. В основе ее лежит анализ факторов (критериев) прогноза (рис. 1). Масштаб прогнозной карты на месторождения ПИ зоны гипергенеза не обязательно должен соответствовать масштабу съемки.

Дата добавления: 2015-07-08