Благодаря ПОА специалисты увидели истинный облик морского дна, неповторимые подводные ландшафты, уникальные образования вроде блистеров, вулканических холмов и гряд, сложенные вулканическими трубами, и многое другое. Они стали свидетелями реально происходящих геологических процессов: выделения гидротерм и вулканических газов, осаждения взвеси из воды, миграции знаков ряби и появления биотурбаций на поверхности осадка.
Уникальны наблюдения, сделанные гидронавтами на границах водных масс с различной плотностью. Приближаясь к такой границе раздела, пилоты ошибочно принимали ее за поверхность дна. В других случаях они наблюдали волны и мелкую рябь, бегущую по поверхности раздела двух сред. Во впадине ТИНРО, расположенной в центре Охотского моря, «Пайсис» пересек несколько таких границ, разделяющих водные массы с различной плотностью. На каждой из них гидронавты наблюдали скопления частиц взвеси, которые из-за своего малого веса не могли проникнуть вниз и, таким образом, не попадали на дно [Сагалевич, 1987]. В Красном море пилоты пытались посадить «Пайсис» на дно рассольной впадины, где формируются металлоносные илы. Для этого потребовалось значительно утяжелить аппарат с помощью дополнительного балласта. Однако рассол выталкивал аппарат каждый раз наверх.
Мостовые из конкреций
На огромных глубинах, превышающих 4000—5000 м, в царстве мрака, низких температур (4—8° С) и огромных давлений (400—500 атм) геологи обнаружили образования, ставшие предметом интенсивного изучения во многих странах. Речь идет о железомарганцевых конкрециях, которыми покрыты огромные пространства в некоторых абиссальных котловинах океана. Не будет преувеличением сказать, что в ряде районов они располагаются на дне так тесно, что касаются краями друг друга, словно ими выложена глубоководная мостовая. Это прекрасно видно на многих фотографиях дна, сделанных с помощью специальных камер для фотографирования в условиях огромных давлений.
Диаметр железомарганцевых конкреций обычно не превышает 10—15 см, хотя часто встречаются и стяжения меньших размеров. Интересно, что в пределах одного относительно небольшого участка дна преобладают конкреции близкого диаметра, тогда как в соседнем районе распространены разные по величине конкреции. Для большинства стяжений характерна гладкая или шишковатая, но очень плотная верхняя поверхность. Нижняя сторона, погруженная в осадок, напротив, оказывается ноздреватой, раковистой и довольно мягкой. Как показали детальные исследования, это связано с различным составом оксидов металлов, концентрирующихся в разных частях конкреций: верхняя половина, которая контактирует с водой, сложена в основном оксидами железа, нижняя — оксидами марганца. Отсюда возникло предположение, что в первом случае вещество, обеспечивающее рост конкреции, поступает из воды, во втором — из осадка. Надо сказать, что если донные отложения в большинстве своем составлены частицами, опустившимися на дно из водной толщи, то конкреции — это новообразования. Они в буквальном смысле вырастают на границе раздела вода—осадок путем адсорбции растворенных или взвешенных в морских и грунтовых водах оксидных соединений металлов. Рост конкреций — чрезвычайно медленный процесс, длящийся миллионы лет.
Конкреции не безразличны к среде, в которой развеваются. Это относится прежде всего к осадкам. В абиссальных районах океана они «предпочитают» зоны распространения кремнистых отложений и красных глубоководных глин. Первые на 50% и более сложены скелетными остатками организмов, использующих для строительства раковин или других образований кремнезем. Это диатомеи, радиолярии, силикофлагелляты и другие мельчайшие планктонные организмы, чьи остатки после смерти опускаются на океанское дно. При этом разрушаются лишь органические компоненты, тогда как скелетные кремнистые составляющие остаются неизмененными. Диатомеи играют в составе планктона главную роль в областях распространения холодных вод, т. е. в высоких, приполярных широтах и областях апвеллинга. Радиолярии, напротив, широко распространены в экваториальной зоне.
Соответственно диатомовые осадки характерны для районов, граничащих с ледовой зоной, а радиоляриевые илы — для тропических широт. Эти зоны разделены обширными пространствами абиссали, покрытыми красной глубоководной глиной. Данные осадки формируются в аридных поясах климата, где состав планктона определяют карбонатстроящие организмы: кокколиты, фораминиферы, перидинеи и др. Известно, однако, что карбонат кальция довольно легко растворяется в холодных водах больших глубин, поэтому дна достигают лишь примеси, содержавшиеся в карбонатных раковинках. В Составе этих примесей много оксидных пленок железа и других металлов. Отсюда красный цвет глубоководной глины.
Исследование радиоляриевых илов показало, что при захоронении их на океанском дне начинаются интенсивные диагенетические (диагенез — превращение рыхлого осадка в твердое образование, породу) процессы перераспределения вещества. В пустотах раковин радиолярий вырастают пластинки глинистого минерала смектита, в кристаллическую решетку которого переходит большая часть (около 95%) катионов железу, содержащегося в осадке. Одновременно на поверхности самих раковин образуются пленки из оксидов других металлов, в основном марганца. При дальнейшем погружении геохимические условия в среде осадка меняются. В результате начинают растворяться многие раковинки радиолярий, а вместе с ними и оксидные пленки. Вместе с отжимаемыми из уплотняющегося осадка водами оксиды металлов поднимаются к границе раздела вода—осадок. Здесь они адсорбируются на нижней, тыльной стороне растущих железомарганцевых конкреций. Поскольку железо осталось в составе смектита, к поверхности дна мигрируют в основном марганец и другие металлы: медь, молибден, цинк и никель. Эти металлы в виде примесей тоже входят в состав абиссальных конкреций.
Таким образом, в процессе диагенеза кремнистых илов происходит разделение железа и марганца. Железо остается в осадке, а марганец переходит в состав конкреций. Однако в океанских водах железа достаточно много. Оно поступает в океан с континента и из гидротермальных источников на дне. Потому верхняя часть конкреций обогащается железом, а нижняя сложена марганцем и металлами-примесями. Марганец присутствует в форме тодорокита, бирнессита и σ-MnO2 [Marchig, Gundlach, 1981].
Аналогичные процессы протекают и в красных глубоководных глинах. На их поверхности также растут конкреции, содержащие нередко до 1—3% таких металлов-примесей, как медь, никель, цинк и кобальт. Именно они являются самым ценным компонентом железомарганцевых конкреций, из-за которых эти последние стали объектом пристального интереса исследователей разных стран.
Конкреции формируются не только в глубоководных обстановках. Они встречаются, и часто в большом количестве, на шельфах и вершинах подводных гор. Однако эти конкреции, как правило, лишены ценных примесей, так как развивались в осадках иного состава, чем кремнистые илы и красная глубоководная глина. Мелководные конкреции сложены преимущественно оксидами железа и почти не содержат меди, никеля, цинка и других металлов.
Хотя железомарганцевые конкреции встречаются во всех океанах, основные их месторождения находятся в Тихом океане и в восточной части Индийского. Самой богатой и перспективной для промышленной разработки залежей глубоководных конкреций считается зона между трансформными разломами Кларион и Клиппертон в восточной половине Тихого океана, на широте Мексики. В этом районе на глубинах от 4500 до 5500 м обнаружены обширные участки дна, буквально выложенные конкрециями. Самым, однако, важным является присутствие в их составе ценных металлов-примесей, прежде всего никеля и меди. Их содержание, достигающее 3—4%, является наиболее высоким по сравнению с конкрециями из других районов. В целом же считается, что железомарганцевыми конкрециями покрыто от 20 до 50% поверхности дна в абиссальных котловинах Тихого океана.
