Гидротермальные воронки Алалобеда

Геотермальными источниками называют выходящие на поверхность нагретые подземные воды. В большинстве случаев нагрев этих вод происходит на глубине, где находится еще не остывший магматический очаг (что имеет место в районах активного вулканизма), или когда породы на глубине имеют высокую температуру из-за геотермического градиента земной коры. Геотермальные источники Алалобеда (Alalobeda, на всех фото) расположены на северо-востоке Эфиопии, в пределах так называемой Афарской котловины, где имеют место оба этих фактора.

Афарская котловина — самое жаркое место на Земле. В летние месяцы дневная температура в районе Алалобеды постоянно зашкаливает за +50°C, а вода в озерах кажется такой прохладной. К сожалению, это впечатление очень обманчиво

Интересна форма проявления этих источников на поверхности: глубокие воронки, отвесные стенки которых уходят на большую глубину.

Горячие источники Алалобеда

Афарская котловина, расположенная в пределах северного участка Великой, или Восточно-Африканской, рифтовой долины, является зоной современной тектонической и вулканической активности (подробнее о долине и процессе образования рифтовых зон см.: Континентальный рифтогенез мог способствовать потеплению климата, «Элементы», 11.12.2017).

Схема расположения геотермальных полей (отмечены белыми квадратами) в эфиопской части Восточно-Африканской рифтовой долины (заштрихована). Красным квадратом отмечено геотермальное поле Тендахо, в пределах которого расположены геотермальные источники Алалобеда. Рисунок из статьи S. Kebede, 2005. Preliminary environmental impact assessment for the development of Tendaho geothermal area, Ethiopia

Рифтообразование, сопровождаемое базальтовым вулканизмом, здесь началось в начале миоцена и продолжается до сих пор. Так как в зоне Великой рифтовой долины происходит раздвижение литосферных плит, континентальная земная кора здесь утончается, а местами и проплавляется с образованием новой океанической коры за счет того, что прямо к поверхности из мантии в этом месте поднимается горячий мантийный поток. По геофизическим данным, граница коры и верхней мантии, материал которой разогрет до 1300°C, расположена здесь на глубине примерно 15 км, а на глубине 2,5–3 км находятся локальные магматические очаги с температурами около 1200°C. Кроме того, геотермический градиент в этом регионе — один из самых высоких на Земле. При среднем значении по планете около 30°C/км здесь этот показатель превышает 200°C/км.

Усредненный график изменения температуры с глубиной в Афарской котловине. Составлен по материалам монографии J. Varet, 2018. Geology of Afar (East Africa)

Геотермальное поле Тендахо расположено в пределах грабена (углубления в земной коре, ограниченного разломами), заполненного аллювиальными и озерными отложениями. По краям грабена находятся выходы вулканических пород (рифтовых базальтов), а в непосредственной близости — несколько вулканов. На глубине под зоной Тендахо находится действующий магматический очаг. Опускаясь к нему, грунтовые и поверхностные воды (главным образом, воды реки Аваш, в бассейне которой находится зона) нагреваются и затем «выплескиваются» на поверхность в виде гейзеров и горячих источников.

Пейзаж с горячим источником

Растворы источников относятся к натриево-хлоридному типу. Общая минерализация составляет 2000–2500 ppm. Вода непригодна для питья, так как в ней превышены максимально допустимые содержания хлора и фтора. В небольших количествах в составе источников содержатся мышьяк, бор, H₂S, NH₃ и литий. Вместе с водяным паром источники выделяют в атмосферу пары хлора, но их концентрации не опасны для здоровья. Среда в источниках от нейтральной до слабощелочной (pH = 8,4–9,5). Температура воды в озерах-воронках составляет около 90°C.

Температура воды в озерах-воронках составляет около 90°C

Пробуренные скважины показали, что на глубине 450–500 м температура в гидротермальной системе составляет 150–220°C, а на глубине 1800–2100 м — 220–270°C. На поверхность растворы выходят перегретыми до 100–120°C. Периодически случаются гидротермальные взрывы, являющиеся следствием того, что в приповерхностных полостях накапливается водяной пар, не имеющий выхода на поверхность. Когда давление пара превышает литостатическое давление (давление вышележащего материала, см. lithostatic pressure) перекрывающей толщи, происходит взрыв, следствием которого является образование новых гидротермальных воронок.

Круглая гидротермальная воронка, образовавшаяся в результате гидротермальных взрывов

Чаще гидротермальные взрывы происходят по окончании сухих и жарких периодов, когда вода первых дождей, попадая в подземную гидротермальную систему, сразу вскипает и поднимающиеся к поверхности растворы резко обогащаются газовой фазой.

Круглые гидротермальные воронки, образовавшиеся в результате гидротермальных взрывов

Еще одной причиной, приводящей к гидротермальным взрывам, может стать резкое падение давления в гидротермальной системе из-за открывшихся трещин или смещения пластов. Зона является геологически активной, так что тектонические подвижки и землетрясения здесь случаются довольно часто.

Узкий канал, уходящий вглубь воронки, указывает на разлом или трещину в земле, по которой произошел прорыв газово-жидкого раствора при гидротермальном взрыве

Там, где на поверхность прорывается только газовая фаза газово-жидких растворов, формируются фумаролы, в составе которых преобладает водяной пар. В процессе охлаждения растворов по берегам озер-воронок накапливаются отложения кремниевой накипи или кремниевого туфа.

Отложения кремниевого туфа по берегам озера-воронки

Вблизи воронок, на плоских поверхностях, залитых горячей водой, активно развиваются бактериальные маты, сложенные бактериями-экстремофилами, живущими при высоких температурах. Некоторые из обитателей термальных источников опасны для человека.

Бактериальные маты

Периодически начинают работать гейзеры, выбрасывающие воду на высоту до трех метров.

Конус «уснувшего» гейзера

В 1990-е годы здесь велись изыскательские работы в рамках проекта строительства в зоне Тендахо геотермальной станции. Альтернативные источники энергии для Эфиопии очень актуальны: только 1% всей энергии в стране получается из электрических сетей, еще 5,4% — из углеводородного топлива (транспорт), а всё остальное — за счет сжигания природной биомассы. То есть уничтожаются и так немногочисленные в стране массивы деревьев.

Все фото © Владислав Стрекопытов, Эфиопия, 2017 год.

Владислав Стрекопытов