fbpx

Óceánok mélyén lévő kémények hozzák lázba a kutatókat

Vajon milyen kémények vannak az óceánok mélyén, amelyek lázba hozzák a kutatókat? Talán egy eddig ismeretlen civilizáció újonnan felfedezett városainak maradványai? Esetleg a történelem viharaiban elsüllyedt hajók rozsdásodó kéményei? Bár ezek is izgalmasan hangzanak, de azok a kémények, amelyek máig izgalomban tartják az oceanológusokat, természetes eredetűek: ezek a mélytengeri hévforrások kürtői.

Kezdjük a legelején! 1977-ben, az Alvin nevű kutató-tengeralattjáró geológusai a Galápagos-szigetek környékén található törésvonalakat tanulmányozták. (Ne felejtsük el, hogy még csak alig egy évtizeddel voltunk azután, hogy a földtudománnyal foglalkozók elfogadták a lemeztektonika elméletét és kezdték megérteni Földünk működését!) Egyik merülés alkalmával igen furcsa képződményeket pillantottak meg: fekete „füstöt” eregető kémények sokasága tűnt fel, 2600 méterrel a tenger felszíne alatt!

Kémények a tenger mélyén
Kémények a tenger mélyén
Forrás: Wikimedia

Fekete és fehér füstölők

Az első meglepetésből még alig ocsúdtak fel, máris jött a következő: amikor a kürtőkből kiáramló víz hőmérsékletét meg akarták mérni, a műanyag hőmérők megolvadtak! Ilyen mélységben az átlagos vízhőmérséklet 2–4°C minden óceán mélyén, nem számítottak ennél sokkal magasabb értékekre itt sem. Miután átalakították a hőmérőket, leesett a kutatók álla: a kiáramló víz egyes esetekben legalább 350 °C (!) volt, és csak azért nem forrt, mivel 2600 méterrel a felszín alatt a nyomás miatt nem tud.

A kémiai elemzés is meglepő eredményt adott: ezeket a forró vizet eregető kéményeket ugyanis szulfidok, szulfátok és oxidok építik fel. Azaz hatalmas érctömzsök (az érc szabálytalan alakú, nagy kiterjedésben előforduló tömegei) kerültek elő a tengerek mélyéről. Hogy ezek valójában mekkorák és mennyi ásványi nyersanyag van bennük, lássunk néhány adatot!

Egy ilyen aktív hidrotermális mező kiterjedése átlagosan 100–150 × 50–150 méter. A kürtők magassága igen változatos: átlagosan 5–10 méter magasak, átmérőjük fél méter.

Egy fekete füstölő Forrás: Wikimedia

Előfordulnak azonban 20–25 méter magas kémények is, melyekhez 2–3 méter átmérő tartozik. Ezek között a magas, fekete szulfidokból álló és különösen meleg vizet szolgáltató „black smoker”-ek között vannak „langyosabb”, „csupán” 200–300 °C-os vizet kilövellő „white smoker”-ek, melyekből fehér, felhősen zavaros folyadék tör fel.

Összességében ezek elsőre ugyan nem tűnnek túl nagy lelőhelyeknek, de ne feledkezzünk meg arról, hogy a kürtőkből előtörő hévforrásokban található ásványi anyagok – ha nincsenek nagy áramlatok a környéken – mind a környező aljzaton rakódnak le. Ezen kívül egy-egy ilyen aktív hidrotermális mező környezetében általában nagyon sok elhalt, inaktív mező található. Ezeken a területeken sok öreg kürtő áll, illetve az aljzatot az erodálódó kéményekből származó masszív szulfidos törmelék fedi.

Fehér füstölő
Fehér füstölő
Forrás: Wikimedia

Százmillió tonnányi tiszta érc vasból, cinkből, rézből, ezüstből és aranyból

Az egyik legnagyobb ilyen ismert fémelőfordulás a Vörös-tenger Atlantis II. Deep nevű mélyedésében helyezkedik el, 2000 méteres vízmélységben. Becslések szerint a lelőhely 100 millió tonna ércet tartalmaz, melynek 29 százaléka vas, 2–5 százaléka cink, 3–9 százaléka réz, körülbelül 60 milliomod része (6000 tonna) ezüst és 0,5 milliomod része (50 tonna) arany. Ez pedig a legnagyobb szárazföldi szulfidos előfordulásokkal állítható egy sorba. Ráadásul ezen előfordulások értékét nagyban növeli, hogy ezek tiszta nyersanyagok, szinte semmilyen meddő ásvány nincs bennük! Éppen ezért időről időre felmerül a gondolat, hogy ezeket az ásványi nyersanyag-lelőhelyeket művelés alá vonják.

De hogyan születtek ezek a hatalmas érclelőhelyek? Arra hamar rájöttek a kutatók, hogy ezeket a hidrotermális mezőket az óceánközépi hátságok környezetében kell keresni. Ott, ahol a földkéreg felreped és a felszínre törő olvadt kőzetanyag miatt a szomszédos kőzetlemezek távolodnak egymástól. Miközben az eredetileg olvadt állapotban lévő anyag lehűl és megszilárdul, eközben összehúzódik, aminek hatására repedések keletkeznek. Ezt a hatást a kéregképződés közbeni mozgások és a folyadéknyomás még tovább erősítik. A repedéseken keresztül a hideg tengervíz átjut a szilárd kérgen és eléri a magmakamrát. Itt hőt vesz fel, majd elkezd visszafelé áramlani a repedéseken keresztül. Ezáltal megindul a tengervíz konvekciós áramlása, cirkulációs körök alakulnak ki.

A nagyhőmérsékletű tengervíz – miközben átáramlik az óceáni kérgen – kémiai kölcsönhatásba lép a környező kőzetekkel.

A füstölők az ábrán látható hatalmas geokémiai folyamat hatására jöttek létre. Ennek lényege, hogy a tengervíz – miközben átáramlik az óceáni kérgen – kémiai kölcsönhatásba lép a környező kőzetekkel és fémek kerülnek a vízből a kéregbe és fordítva.
Forrás: Flickr.com

Kétirányú kémiai folyamat játszódik le: bizonyos elemek és vegyületek (pl. magnézium és szulfátok) kivonódnak a vízből és átkerülnek a kéregbe. Más elemek (pl. alkáli fémek, alkáli földfémek és átmeneti fémek) viszont kioldódnak a kéregből és a felfelé áramló tengervízbe jutva, azt fémtartalmú oldattá változtatják. Amikor e forró oldat előtör a tengerfenékből, keveredni kezd a környező hidegebb tengervízzel és a folyadékban oldott ásványi anyagok kicsapódnak az oldatból. A black smokerek és a white smokerek – az eltérő hőmérsékletüknek köszönhetően – más-más ásványokból, ércekből épülnek fel, mivel a különböző hőmérsékletű oldatok különböző ásványi anyagokat szállítanak.

Az óceánok teljes víztömege kicserélődhet a földkéreg repedésein

Ez az óceáni kéreg és a konvekciós áramlásban részt vevő tengervíz közötti termikus és kémiai kölcsönhatás lenyűgöző méreteket ölt. Úgy becsülik, hogy tízmillió évenként az óceánok teljes tömege (!) átáramlik a kéreg repedésein! Az évenként átáramló mennyiség pedig összehasonlítható az Amazonas vízhozamával. Kiszámították azt is, hogy 350 köbkilométer magma lehűlése 1000 köbkilométer keringésben lévő tengervizet tud 300 °C-ra felmelegíteni, amely egy milliomod rész fémkoncentráció mellett egymillió tonna fémet képes lerakni! Ez arra is rávilágít, hogy a tengervíz ezen konvekciós áramlásai meggyorsítják az óceánközépi hátság lehűlését. A Föld hővesztesége ugyanis egyetlen hidrotermális kürtőn át azonos kb. 6 km széles és 60 km hosszú felszíni hasadék- (rift)rendszeren át történő hőkiáramlással, a kőzeteknek ugyanis sokkal gyengébb a hővezetőképességük.

Ebből a pár kiragadott adatból is látszik, hogy miért oly izgalmasak a Föld e ritka képződményei. Ritkák, mert bár az óceánközépi hátságok ott húzódnak minden óceán mélyén, ezek a hidrotermális kéménymezők nem találhatók meg a hátságok teljes területén, csupán elszigetelten fordulnak elő. Gyakorlati hasznuk, a tengermélyi bányászat még a jövő kérdése, bár ha ilyen mértékben zsákmányoljuk ki a felszíni érctelepeket, nagyon hamar eljön az az idő, amikor erre is rákényszerülünk.

Jelenleg inkább csak a kutatók „hasznosítják” e mezőket, ugyanis ezek a melegvizű források számos, ma már szárazföldön lévő, ősi érclelőhely keletkezésének folyamatát világítják meg. Sőt, mi több, az óceáni hévforrások olyan természetes laboratóriumok, ahol közvetlenül tanulmányozhatók az ércképző folyamatok.

További hírek