журнал ГОРНОЕ ЕХО - ФЛЮІДОГЕОДІНАМІКА НАВКОЛО НАС


ФЛЮІДОГЕОДІНАМІКА НАВКОЛО НАС

А.І. Кудряшов, зав. лаб., д.г.-м.н.

Флюідогеодінаміка - розділ динамічної (фізичної) геології, що вивчає закономірності міграції (руху, переміщення) флюїдів в надрах Землі і геологічну роль цієї міграції. Найвідомішим природним флюїдом є вода, але людина, спостерігаючи виверження грязьових і магматичних вулканів, бачить, що текучими речовинами теж є бруду і лава. Взагалі флюїдами можуть бути всі природні гази, рідини і навіть тверді речовини, такі як кам'яна сіль, вугілля та інші гірські породи. Про перебіг «твердих» речовин свідчать, наприклад, прогинання камінних і надгробних мармурових плит, потовщення нижніх частин шибок (райдужна мінливість старого скла), рух льоду в льодовиках і багато інших явищ - вся справа в часі.
Флюідогеодінаміка означає не тільки науку, а й всю сукупність процесів механічної міграції флюїдів. Геологічна роль міграції флюїдів величезна. Завдяки міграції флюїдів утворюються (перетворюються) багато гірських порід, складки, значна частина розривних порушень і формуються майже всі родовища корисних копалин. Таким чином, без флюідогеодінамікі не було б хімічної диференціації речовини планет, в тому числі Землі, не було б родовищ нафти і газу, багатьох рудних і нерудних корисних копалин. Земля в цілому і її поверхня була б суху суміш брил, піску і пилу.
Однак прояви флюідогеодінамікі характерні не тільки для земних надр, їх можна спостерігати як в побуті, так і в техніці. Наприклад, відразу після пересипання тонкодисперсних речовин (цементу, борошна і т.п.) з посудини в посудину на поверхні насипаного матеріалу майже завжди спостерігається безліч дрібних пилять «дірочок». Ці «дірочки» - верхні частини каналів, через які з суміші витісняється повітря, що потрапило в простір між твердими частинками речовини при їх пересипанні. Каналообразования - загальне явище, тому що витіснення газів (повітря) з шару дуже дрібних (пилоподібних) частинок через канали енергетично вигідніше, ніж через всю поверхню шару.
Багато господинь для приготування квасу використовують в якості закваски, осад, що залишився після приготування попередньої порції цього напою. При додаванні цієї закваски в теплу злегка підсолоджену воду відбувається інтенсивне бродіння з виділенням великої кількості вуглекислого газу. Якщо квас зачинили в скляному посуді, то можна спостерігати, як газові бульбашки скупчуються в найбільш підвищених ділянках шарів, складених відносно великими частками матеріалу. Через якийсь час накопичився газ піднімає вищерозміщений матеріал і прориває його. Піднімається газ захоплює за собою квасне сусло і частки закваски. Утворюється при цьому мікроізверженіі хмара пульпи за формою нагадує гриб, як при вибуху атомної бомби (тому, може бути, цей квас в побуті називають «атомним»). Після виверження спочатку осідають найбільші частки закваски, потім середні і, нарешті, дрібні. Формується слоистость з нерівними межами. Генерація газу триває, і процес багаторазово повторюється.
Уважний пішохід напевно помічав, що в період танення снігу вранці на тротуарах з'являються невеликі крижані горбки 5-40 см в діаметрі і висотою до 5 см (рис. 1). Лід цих горбків відрізняється від решти маси льоду (замерзлої суміші снігу і талої води) своєю чистотою і гладкою, злегка хвилястою поверхнею. Досить часто лід в центральній частині горбка матовий через безліч дрібних газових пухирців. Ці маленькі тротуарні освіти є найближчими родичами гідролакколітов - гігантських крижаних горбів, які отримали різні місцеві назви: «булгунняхі» (якутське), «сів» (Ненецькому), «пінг» (ескімоське) і ін. Родичами вони є завдяки одному і тому ж механізму освіти.

Мал. 1. Різні форми крижаних горбків.


Могутні гидролакколіти утворюються при замерзанні замкнутого обсягу води, розташованої між сезонної і вічною мерзлотою. Відомо, що вода, перетворюючись на лід, збільшує свій обсяг на 9%. Промерзання призводить до підвищення тиску в залишилися не замерзлу воду до 50-500 атм. Під цим тиском шар сезонний мерзлоти випинається, а іноді в ньому утворюються тріщини, через які відбувається виливши (виверження) води.


У разі формування тротуарних горбків роль шару вічної мерзлоти грає асфальт (зрозуміло, це може бути будь-який водонепроникний матеріал - бетон, лист металу і ін.), А роль шару сезонної мерзлоти - лід, що утворився за ніч на поверхні суміші снігу або води при зниженні температури повітря нижче нуля (рис. 2). Подальше промерзання веде до підвищення тиску води, її прориву в найбільш слабкому місці і виливши на поверхню. Температура вилилась води близька до температури замерзання і тому вода, не встигнувши широко розтектися, переходить в лід. Мабуть, за ніч трапляється кілька проривів, оскільки схили крижаних горбків зазвичай мають ступеневу будову подібно плоскою дитячої пірамідки.


Малі за масштабом прояви флюідогеодінамікі цікаві не тільки своєю наочністю процесів, а й тим, що вони іноді ставлять перед дослідником природи теоретичні завдання. Так сталося з автором цієї статті при спостереженні піщаних вулканчиків, які він спостерігав в зоні пляжу на одному з Сейшельських островів.
Доречно зазначити, що Сейшельські острови, розташовані на північ від о. Мадагаскар, разом з іншими групами островів, є територію Республіки Сейшельські Острови загальною площею 455 км2. З 115 островів цієї республіки 41 складний магматическими породами (гранітами, сиенітамі), решта - кораловими рифами, в тому числі атолами. Населення країни (головним чином креоли) - 80 тис. Чоловік, з яких три чверті проживає в її столиці - м Вікторії (на о. Мае). Державні мови - креольська, французька та англійська. Взагалі Сейшели - справжній тропічний рай, як для відпочиваючих, так і для біологів. Останнє викликано тим, що на цих островах є безліч ендемічних тварин і рослин. Найбільш відомими з них є слонова черепаха (рис. 3), віялова (рис. 4) і Сейшельські пальми. Плід останньої (кокос) має величезні розміри (діаметр до 0,6 м) і незвичайну форму (рис. 5), яка, за словами французького шукача пригод Анрі де Монфрейд, «наводить на роздуми».


Острови Сейшельські групи, що представляють собою надводні вершини Сейшельського підняття Сейшельські-Маскаренского плато північно-західного сегмента Індійського океану, складені магматичними породами і оточені кораловими рифами окаймляющего типу. Дно лагуни між зовнішньою зоною рифа і берегом складено мертвим органогенних вапняком, прикритого шаром коралового і форамініферовимі піску (склад піску визначає дивовижний білий колір пляжів). Дуже рідко зустрічаються цілі раковини форамініфер, уламки спикул губок і залишки інших тварин (рис. 6). Ширина лагуни досягає декількох сот метрів, а глибина - перші метри.


Найбільш східна частина о. Мае, найбільшого острова країни площею 150 км2, омивається водами Сосновій бухти (фр. - Anse aux Pins). На її дні в зоні берега (навпроти готелю Reef Hotel) було помічено безліч чорних круглих плям і точок, які опинилися верхніми закінченнями каналів, приурочених до вершин невеликих піщаних конусів (рис. 7). При прослеживании поширення цих конусів в сторону від берега з подивом було помічено, що через деякі отвори відбувається короткочасні закінчення пульпи (суміші води і піску) у вигляді вертикальних цівок, що досягають 10-сантиметрової висоти. Вражаюче - адже це діючі вулканчики!


Решта три дні (з семи) були витрачені на вивчення цих мініатюрних проявів флюідогеодінамікі. Дослідження проводилося візуально і, на жаль, у відсутності будь-якого спеціального обладнання (без акваланга і навіть без маски, а зйомка дна проводилася побутовим фотоапаратом крізь найчистішу воду). Крім того, захопившись дослідженнями, спостерігач на наступний же день спалив спину під палючим сонцем, яке в обідній час було майже в зеніті (що теж не сприяло продуктивності досліджень).


Проте, в результаті спостережень було встановлено, що розмір, щільність і час існування піщаних вулканчиків коливається в значному діапазоні. У приливно-відливної зоні їх діаметр становив не більше однорублевой монети, а висота - до 0,5 см. Тут на одному квадратному метрі в середньому налічується до 40 вулканчиків. Час їх існування - приблизно чверть доби (синхронно припливи і відпливи). З віддаленням від берега діаметр вулканчиків збільшується до одного метра, а висота - до 15-20 см. Відповідно змінюється їх щільність - один вулканчик на 2-3 м2 площі дна. Час з існування становить більше доби (тобто не залежить від припливів-відливів), і, по-видимому, збільшується відповідно до їх розміром. За час спостережень було зафіксовано 15 вивержень. Час одного виверження становить від 5 до 15 секунд, а деякі з них мають чіткий пульсуючий характер. Склалося враження, що під час відливу частота вивержень дещо зменшується.
Пісок, що виноситься водою з глибини, негайно ж осідає на схили вулканчиків, виділяючись більш сірим (іноді, темно-сірим) кольором. Надалі хімічний аналіз відібраних проб показав, що склад виноситься (сірого) піску не відрізняється від світлого, що складає схили вулканчик: зміст CaCO3 (кальциту) в обох випадках коливається в межах 99,7-99,9%. Нерозчинний в соляній кислоті залишок представлений зернами кварцу і, рідше, польового шпату. Сірий колір виноситься піску обумовлений, ймовірно, найтоншої плівкою органіки. Побічно це підтверджується тим, що на світлі сірий колір піщинок поступово зникає, наближаючись до кольору основної частини детриту.
За формою і будовою ці крихітні і дивовижні створіння природи мають разючу подібність з справжніми вулканами. Тут є все: конус виверженого матеріалу і його останні потоки (рис. 8), паразитичні кратери, кальдери з проваленим прікратерним ділянкою або всім конусом вулканчик, некки висотою до трьох сантиметрів (порожнисті трубки - стінки каналів, складені більшими піщинами), що утворюються при руйнуванні конуса «згаслого» вулканчик придонних хвилюванням води.


На відміну від найближчих родичів - гідровулканов (див. Статтю Р.К. Баландіна і В.І. Соболєва в журналі «Природа», 1977, № 3) - механізм формування рушійних сил дії сейшельських вулканчиків не був виявлений. Виверження цих мініатюрних утворень не супроводжується виділенням газів, а в їх підставі, по крайней мере, на глибині до 0,5 м візуально не було виявлено ні організмів, ні слідів їх життєдіяльності, ні рослинних залишків. Не виключено, що поява піщаних вулканчиків обумовлено розвантаженням прісних підземних вод, харчування яких здійснюється в горах, які підступають майже до самого берега бухти Соснова.
Автор висловлює щиру вдячність І.І. і Є.В. Чайковським за допомогу в дослідженні проб піску.