Травертиновые террасы Памуккале

Перед вами белоснежные террасы Памуккале — уникального геотермального курорта и потрясающей природной достопримечательности Турции, внесенной в список Всемирного наследия ЮНЕСКО.

Комплекс минеральных источников находится на юго-западе страны, вблизи города Денизли. Эта местность расположена в пределах зоны высокой тектонической активности, протянувшейся в широтном направлении от западного побережья Турции вглубь материка, вдоль Бююк-Мендересского грабена, представляющего из себя в тектоническом смысле зону современного рифтообразования. Границы грабена примерно совпадают с долиной реки Большой Мендерес, вдоль которой расположены многочисленные выходы термальных источников.

Схема Бююк-Мендересского грабена. Красными треугольниками отмечены геотермальные источники (номер 18 — Памуккале). Рисунок из статьи N. Özgür et al., 2017. Hydrogeological modelling of geothermal waters in Pamukkale, western Anatolia, Turkey

Поверхностные воды, просачиваясь на глубину по боковым разломам грабена, нагреваются там (вся зона грабена является зоной повышенной геотермальной активности) и, уже нагретые, поднимаются вверх, изливаясь на поверхность в виде горячих минеральных источников. Таких источников довольно много и в восточной части Бююк-Мендересского грабена, носящей имя грабена Денизли. Но знаменитые белые террасы, благодаря которым курорт и получил свое имя (Pamukkale в переводе c турецкого — «хлопковый замок»), сформировались из воды только одного источника.

Знаменитые террасы Памуккале, напоминающие по форме и цвету раскрывшиеся коробочки хлопчатника, благодаря которым место и получило свое имя

Белые террасы Памуккале сложены травертином (известковым туфом) — тонкозернистой горной породой, образованной минералами карбоната кальция (в основном кальцитом, в меньшей степени арагонитом). Такие породы образуются при осаждении карбоната кальция из воды минерализованных углекислых источников. При выходе на поверхность растворов, содержащих растворимый гидрокарбонат кальция, и резком падении давления из них выделяется в атмосферу диоксид углерода (углекислый газ). В результате происходит химическая реакция, при которой происходит образование и осаждение нерастворимого в воде карбоната кальция: Ca(HCO₃)₂ → CaCO₃ + H₂O + CO₂.

Террасы Памуккале сложены травертином — горной породой, состоящей из карбоната кальция, который осаждается из минерализованных горячих источников

Осаждение карбоната кальция из раствора продолжается до тех пор, пока не достигается равновесие между парциальным давлением углекислого газа в растворе и в атмосфере. Только что выпавший из раствора карбонат кальция выглядит как вязкое желе, которое затем застывает, превращаясь в горную породу травертин.

Схема образования травертиновых террас Памуккале. 1 — четвертичные аллювиальные отложения; 2 — четвертичные травертины; 3 — неогеновые отложения; 4 — мезозойские известняки и глинистые сланцы; 5 — палеозойские мраморы и кристаллические сланцы; 6 — направления движения холодных грунтовых вод от поверхности вниз к источнику тепла; 7 — направления подъема геотермальных вод от источника тепла к поверхности. NE — северо-восточный борт грабена Денизли; SW — юго-западный борт грабена Денизли. Рисунок из статьи M. Özkul et al., 2013. Comparison of the Quaternary travertine sites in the Denizli extensional basin based on their depositional and geochemical data

Но для того, чтобы такие породы образовались, необходимо совпадение трех условий: 1) на глубине должен находиться источник тепла, нагревающий геотермальные воды; 2) должны присутствовать зоны активных разломов, по которым нагретые воды могли бы подниматься от этого источника тепла к поверхности; 3) на пути геотермальных вод должны находиться слои карбонатных пород (сложенных в основном карбонатом кальция), проходя сквозь которые эти воды обогащались бы кальцием. Все три условия в данном случае совпали. Памуккале находится в северо-восточном борту грабена Денизли — линейного участка проседания земной коры, фиксируемого в современном рельефе долиной реки Чюрюксу, а ограничивающие грабен зоны разломов постоянно активизируются, так как район находится в зоне повышенной сейсмической активности.

Вид на долину реки Чюрюксу и грабен Денизли в юго-западном направлении от Памуккале

Грабен Денизли заполнен неогеновыми и четвертичными отложениями и ограничен по обоим бортам сбросами (разломами, у которых поверхность нарушения наклонена в сторону опущенного блока земной коры). Коренные породы, слагающие борта грабена, представлены палеозойскими метаморфическими породами — мраморами и кристаллическими сланцами, поверх которых в северо-восточном борту грабена местами залегают слои мезозойских известняков.

Травертиновые «поля»

Проседание центральной части грабена происходило вдоль двух параллельных зон разломов, ориентированных с юго-востока на северо-запад. Одна из этих зон разломов (северо-восточная) на глубине пересекает толщу карбонатных пород (известняков) мезозойского возраста, которые и являлись источником кальция для растворов, из которых потом отложились травертины террас Памуккале. Общая высота от верхних террас до нижних составляет 60–70 м.

Каскады травертиновых террас Памуккале

Разломы, ограничивающие грабен с противоположного, юго-западного борта, не пересекают такие толщи, поэтому поднимающиеся по ним горячие термальные растворы не содержат кальция, и на юго-западном борту грабена Денизли травертиновых отложений нет.

Крутые стены, покрытые отложениями травертина, напоминают гигантский замерзший водопад

Температура углекислых источников Памуккале на выходе из земли составляет 34–57°C, pH воды — 5,5–6,5, что примерно соответствует кислотности питьевой воды и значительно ниже кислотности яблочного сока или кока-колы (их pH равен 3,0). Дебит источника составляет около 400 литров в секунду. Химический состав термальных вод Памуккале характеризуется высоким содержанием карбоната кальция, магния, натрия, а также гидрокарбонат- и сульфат-ионов. С точки зрения гидрогеологии они относятся к водам типа Ca–Mg–HCO₃–SO₄. Замеры содержания углекислого газа в растворах источников показали, что на выходе из земли они содержат 725 мг/л CO₂, а на уровне нижних террас — 145 мг/л.

На перегибах склона отложения травертина создают естественный барьер, «плотину», перед которой образуются «ванны» чашевидной формы с бирюзовой водой

Время образования травертиновых террас Памуккале достоверно не известно. Геотермальная активность в регионе продолжается последние 600 тысяч лет. Что касается самого источника Памуккале, то оценки возраста его карбонатных отложений, выполненные с помощью уран-ториевого метода (см. Uranium–thorium dating), колеблются от 24 до 400 тысяч лет. Место это было известно и использовалось как курорт еще древними греками во II веке до н. э. Буквально на краю террас Памуккале возвышаются руины древнегреческого города Гиераполис.

Свежие отложения травертина — белоснежного цвета. Со временем они начинают покрываться сначала желтым, а потом и бурым налетом. Это современные бактериальные маты

Не удается определить возраст террас и по скорости осаждения карбоната кальция. Замеры минерализации растворов источника показали, что у выхода она составляет около 1200 мг карбоната кальция на литр, а после прохождения травертиновых террас падает до 400 мг/л. При дебите источника около 400 л/с основанные на этих цифрах расчеты дают гигантские объемы отложений, которых мы не наблюдаем. И тем не менее скорость осаждения карбоната кальция из растворов поражает. Особенно когда есть какая-нибудь «затравка» для начала кристаллизации. Так, упавший в воду листок или любой другой предмет уже через несколько дней превращается в свою белоснежную псевдоморфозу.

Мелкоячеистая структура травертиновых отложений вблизи источника. Размер ячеек составляет несколько десятков сантиметров

Все фото © Владислав Стрекопытов, Памуккале, Турция, 2012 год.

Владислав Стрекопытов