Примерно через десять лет после первой высадки на Луну ученые на Земле сделали открытие, которое доказало, что наша родная планета по-прежнему преподносит нам много сюрпризов. Глядя через иллюминаторы подводного аппарата ALVIN у дна Тихого океана в 1979 году, американские ученые впервые увидели трубы высотой несколько метров, из которых выбивалась черная вода с температурой около 300 градусов, насыщенная минералами.
Что мы выяснили с тех пор: эти «черные курильщики», также называемые гидротермальными источниками, существуют во всех океанах. Они происходят по границам тектонических плит вдоль подводных вулканических цепей. Однако на сегодняшний день многие детали этих систем остаются невыясненными.
Один вопрос, который давно и интенсивно обсуждается в исследованиях: где и на какую глубину морская вода проникает на морское дно, чтобы забрать тепло и минералы, прежде чем покинуть дно океана в гидротермальных жерлах?
Это имеет огромное значение как для охлаждения подводных вулканов, так и для количества растворенных материалов. Используя сложную трехмерную компьютерную модель, ученые из Центра изучения океана им. Гельмгольца GEOMAR в Киле смогли понять, как вода ведет к черным курильщикам.
В целом хорошо известно, что морская вода проникает внутрь Земли через трещины и щели по границам плит. Морская вода нагревается магмой; горячая вода снова поднимается, выщелачивает металлы и другие элементы из земли и выделяется в виде раствора черного цвета. «Однако в деталях неясно, попадает ли вода на дно океана в непосредственной близости от отверстий и сразу же течет вверх, или она проходит большие расстояния под землей, прежде чем выйти из нее», — объясняет доктор. Йорг Хазенклевер из GEOMAR.
Этот вопрос важен не только для фундаментального понимания процессов на нашей планете. Это также имеет очень практическое значение.
Некоторые из материалов, выщелачиваемых из-под земли, откладываются на морском дне и образуют залежи руды, которые могут представлять экономический интерес. Однако ведутся серьезные споры о том, насколько велик ресурсный потенциал этих месторождений. «Когда мы знаем, по каким путям вода движется под землей, мы можем лучше оценить количество материалов, выделяемых черными курильщиками за тысячи лет», — говорит Хазенклевер.
Хазенклевер и его коллеги впервые использовали компьютерную модель морского дна с высоким разрешением для моделирования участка срединно-океанического хребта в Тихом океане длиной и глубиной шесть километров и шириной 16 километров. Среди данных, используемых в модели, было распределение тепла в океанической коре, которое известно из сейсмических исследований.
Кроме того, модель также учитывала проницаемость породы и особые физические свойства воды.
Для моделирования потребовалось несколько недель вычислительного времени. Результат: «На самом деле существует два разных пути потока — около половины воды просачивается около вентиляционных отверстий, где земля очень теплая.
Другая половина просачивается на большие расстояния и мигрирует на километры по морскому дну, прежде чем уйти годы спустя.«Таким образом, текущее исследование частично подтвердило результаты компьютерной модели, которые были опубликованы в 2008 году в научном журнале Science. «Однако тогда коллеги смогли смоделировать только гораздо меньшую область дна океана и поэтому идентифицировали только короткие пути возле черных курильщиков», — говорит Хазенклевер.
Настоящее исследование основано на фундаментальной работе по моделированию морского дна, которая проводилась в группе профессора Ларса Рупке в рамках Кильского кластера передового опыта «Океан будущего»."Это дает ученым во всем мире основу для дальнейших исследований, чтобы увидеть, сколько руды на самом деле находится на морском дне и в нем, и может ли глубоководная добыча в больших масштабах когда-либо стать целесообразной. «Пока нам известна только поверхность рудных залежей гидротермальных источников. Никто точно не знает, сколько металла там на самом деле осаждено.
Все дискуссии о плюсах и минусах глубоководной добычи руды основаны на очень тонкой базе данных », — говорит соавтор проф. Доктор. Колин Деви из GEOMAR. "Нам нужно собрать намного больше данных о гидротермальных системах, прежде чем мы сможем делать надежные заявления."