Что такое гидротермальная жила
Гидротермальные процессы
Гидротермальные процессы — эндогенные геологические процессы образования и преобразования минералов и руд, происходящие в земной коре на средних и малых глубинах с участием горячих водных растворов при высоких давлениях. В результате гидротермальных процессов происходит формирование рудных жил и рудных месторождений. Так, большинство полиметаллических, золоторудных, урановых и хрусталеносных промышленно значимых месторождений имеют гидротермальное происхождение. Пустоты («занорыши»), обычные для многих гидротермальных жил, являются одним из основных источников получения высококачественных коллекционных кристаллов и друз, пользующихся со временем всё более широким спросом на мировом рынке.
Гидротермальные месторождения – промышленные минеральные скопления, созданные циркулирующими под поверхностью Земли горячими минерализованными газово-жидкими растворами. Наиболее распространённые формы гидротермальных тел — жилы, штокверки, пластообразные и неправильные по очертаниям залежи. Они достигают длины нескольких километров, при ширине от нескольких сантиметров до десятков метров.
Характерные черты гидротермальных месторождений:
1. гидротермальные тела окаймлены ореолами рассеяния составляющих их элементов (первичные ореолы рассеяния)
2. прилегающие к ним породы гидротермально преобразованы
3. содержат жидкие/газово-жидкие включения в минералах руд
Содержание
Типичные гидротермальные минералы
Примеры гидротермальных месторождений
См. также
Ссылки
Полезное
Смотреть что такое «Гидротермальные процессы» в других словарях:
ГИДРОТЕРМАЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ — ГИДРОТЕРМАЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ, геологическая активность, вызванная воздействием очень горячих подземных вод при температурах 300° 500 °С. Перегретая вода растворяет многие минералы, такие как медь, свинец и цинк, откладывая их в жилах и скальных… … Научно-технический энциклопедический словарь
ГИДРОТЕРМАЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ — (от греч. hydor вода и therme тепло), получение кристаллич. неорг. в в (гидротермальный синтез), перекристаллизация или выращивание монокристаллов в условиях, моделирующих физ. хим. процессы образования минералов в земных недрах. Основаны на… … Химическая энциклопедия
процессы гидротермальные — Процессы преобразования и образования горных пород и минералов, обусловленные воздействием горячих водных растворов (гидротерм). [Словарь геологических терминов и понятий. Томский Государственный Университет] Тематики геология, геофизика… … Справочник технического переводчика
процессы эндогенные — Геологические процессы, вызванные внутренними силами Земли и происходящие внутри Земли. К П. эн. относятся: тектонические, магматические, метаморфические и гидротермальные процессы, образование некоторых типов месторождений полезных ископаемых.… … Справочник технического переводчика
Гидротермальные источники срединно-океанических хребтов — «Чёрный курильщик» Гидротермальные источники срединно океанических хребтов («Чёрные курильщики»[1] … Википедия
Гидротермальные месторождения — (от Гидро. и греч. therme теплота, жар) большая группа месторождений полезных ископаемых, образующихся из осадков циркулирующих в недрах Земли горячих водных растворов, Выделяются 4 группы источников воды гидротермальных растворов: 1)… … Большая советская энциклопедия
Геохимические процессы — (a. geochemical processes; н. geochemische Vorgange; ф. processus geochimiques; и. procesos geoquimicos) процессы миграции хим. элементов сфер Земли. Наиболее изучены Г. п. в литосфере, гидросфере и ниж. слоях атмосферы, меньше данных о Г … Геологическая энциклопедия
ЭНДОГЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ — – гипогенные, глубинные геологические процессы, протекающие внутри Земли. К ним относятся тектонические, метаморфические, магматические, гидротермальные и другие. Эндогенные и экзогенные процессы подчас тесно связаны … Палеомагнитология, петромагнитология и геология. Словарь-справочник.
КРЕМНИЯ ДИОКСИД — (кремнезем) SiO2, бесцв. кристаллич., аморфное или стеклообразное в во. Структура. К. д. существует в неск. полиморфных модификациях (см. табл.). Т ры перехода при нормальном давлении: a кварц Db кварц 575 °С (DH0 перехода 0,41 кДж/моль), р… … Химическая энциклопедия
НЕОРГАНИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ — получение неорг. соединений. Как правило, состоит из неск. последовательных или параллельных процессов механических, химических, физико химических. В общем случае Н. с. включает смешение реагентов, активацию реакц. смеси и собственно хим. р цию,… … Химическая энциклопедия
Гидротермальные процессы
Классификация и генезис
В соответствии с температурой образования гидротермальные месторождения обычно разделяются на три группы:
Месторождения, размещающиеся вблизи магматического очага (перимагматические), обычно более высокотемпературные, а расположенные на значительном от оного удалении (апомагматические) — низкотемпературные. Согласно Бергу, характерные химические элементы гидротермальных жил располагаются зонально вокруг материнского интрузива.
А вот что пишет в этой связи выдающийся Российский геохимик А.А.Сауков:
По существу нет никаких прямых доказательств генетической связи с магмами не только альпийских жил, но и многих других гидротермальных месторождений, обычно относимых к безусловно магматогенным. Достаточно упомянуть многочисленные так называемые эпитермальные, или телетермальные, месторождения ртути, сурьмы, мышьяка, свинца, цинка, меди и других металлов. Во всех перечисленных примерах является бесспорным образование минералов из более или менее нагретых водных растворов, но бесспорно также и отсутствие генетической связи с теми или иными интрузиями. Все это доказывает, что отождествлять понятия «гидротермальный» и магматогенный в этих и подобных случаях нет оснований. Как известно, слово «гидротерма» в переводе на русский язык обозначает «горячая вода». Соответственно, гидротермальные растворы — это нагретые водные растворы. В самом понятии «гидротермальный» не заключено представление о способе происхождения этих вод или источника их тепла, они не обязательно должны быть магматогенными. Следовательно, понятие «гидротермальный» является гораздо более широким, чем общепринятое в геологической литературе. Искусственное сужение этого понятия зачастую ведет к явным недоразумениям и должно быть отброшено. В самом деле, нет никаких серьезных оснований утверждать, что горячие водные растворы в природе могут образоваться лишь магматогенным путем, т. е. в результате выделения из остывающих магматических масс. Гидрогеологами убедительно доказано, что воды поверхностного метеорного происхождения могут опускаться на значительные глубины (до 4000 м. и более), причем их температуры могут достигать при этом 100 ° и выше, т. е. эти воды будут гидротермальными в буквальном смысле. (А.А.Сауков, 1976)
Механизм образования пневматолитовых и гидротермальных минералов можно проиллюстрировать на примере следующих двух реакций: 2Na3SЬS3 + 3С02 + 3Н20 = SЬ2S3 + 3Na2СО3 + 3H2S (для антимонита) 2Na3FeCl6 + 3Н20 = Fe2O3 + 6HCl + 6NaCl (для гематита)
Образование гидротермальных минералов может быть объяснено с позиций гипотезы кислотно-основной дифференциации, выдвинутой Д. С. Коржинским. В соответствии с этой гипотезой кислотные компоненты раствора (СО2, НСI, Н2 и др.) фильтруются сквозь породы быстрее, чем другие компоненты (кислотно-фильтрационный эффект). Так, например, эксперименты акад. Жарикова показали, что такие катионы, как медь и железо, перемещаются медленнее, чем растворитель, в то время как Сl − и SО4 2− двигаются быстрее растворителя; при зтом анион хлора подвижнее сульфат-аниона.
Благодаря тому, что гидротермальные минералы кристаллизуются из водных растворов, они обычно содержат газово-жидкие включения и в некоторых случаях мельчайшие кристаллы галита, сильвина и других галогенидов. Такого рода жидкие включения используются для оценки состава и температуры гидротермальных растворов в период кристаллизации (термобарогеохимия).
Значение
Гидротермальные месторождения представляют собой наиболее важный источник таких металлов, как Сu, РЬ, Аg, Аu, Нg, Gе, Тi, Мо, W, Zn, Cd, Co, и др., а также многих ценных минералов, отчасти перечисленных ниже
Раскрыта загадка образования богатых золоторудных жил
Рис. 1. Бонанца — обогащенная часть золоторудной жилы. Месторождение Брюсджек, Канада (Brucejack mine). Для масштаба приложена монета 1 канадский доллар, диаметр которой равен 26,5 мм. Фото с сайта mcgill.ca
Месторождения золота образуются в процессе осаждения металла из горячих газово-жидких (гидротермальных) растворов, которые поднимаются по разломам от расположенного на глубине магматического очага. При охлаждении этих растворов кристаллизующиеся из них минералы заполняют трещины. Так возникают золоторудные жилы, подчас весьма богатые — с участками из чистого золота толщиной несколько сантиметров. Как образуются такие скопления драгоценного металла, долгое время оставалось загадкой для геологов, поскольку в исходных растворах, как правило, концентрация золота крайне низка. Канадские ученые нашли ответ на этот вопрос, показав, что богатые ценным металлом жилы могут формироваться, если на каком-то этапе подъема раствора к поверхности содержащиеся в нем наночастицы золота потеряют электрический заряд (из-за которого они отталкиваются) и образуют коллоидную систему, в которой почти мгновенно происходит флокуляция — слипание частиц в более крупные «хлопья», которые впоследствии выпадают в осадок и формируют золотоносные жилы.
Среднее содержание (кларковое число) золота в земной коре составляет около 0,004 грамма на тонну. Это в несколько тысяч раз меньше, чем у таких металлов, как медь, цинк или свинец. К счастью для добытчиков на Земле есть немало мест, в которых концентрация золота на порядки выше: например, в рудах промышленных месторождений она достигает десятков, а иногда и сотен граммов на тонну.
Первичные (эндогенные) руды золота имеют гидротермальное происхождение. Они образуются из горячих газово-жидких растворов (флюидов), отделяющихся от магматических расплавов, главным образом кислого состава. Постмагматические водные растворы несут лишь следовые количества золота, и при осаждении металла из простого водного раствора потребовались бы десятки и даже сотни тысяч лет, чтобы заполнить рудой трещину шириной всего в один сантиметр. Но гидротермальные системы не живут так долго — рудные жилы образуются в течение нескольких лет, а иногда и дней. По оценкам ученых, максимальное количество золота, которое за такое время может быть отложено из раствора — 20 грамм на тонну (M. Pearce et al., 2015. Gold deposition caused by carbonation of biotite during late-stage fluid flow). Поэтому геологи давно пытаются понять, как флюиды со сверхнизкими концентрациями золота создают богатые золотые руды.
Для этого ученые исследуют возможные формы присутствия металла в растворах. Например, существует предположение, что концентрация золота может резко повышаться, если этот элемент транспортируется в гидротермальных флюидах в виде хлоридов или бисульфидов. Канадские геологи во главе с профессором Энтони Уильямс-Джонсом (Anthony E. Williams-Jones) из департамента наук о Земле и планетах Университета Макгилла предложили другой вариант. По их мнению, богатые золотые руды могли отложиться из коллоидных растворов с твердыми наночастицами золота.
Диспергированные в растворе наночастицы металла обладают зарядом и отталкиваются друг от друга. В таком состоянии они могут переноситься на большие расстояния. Но когда заряд нарушается, происходит флокуляция — процесс, похожий на коагуляцию, при котором частицы моментально слипаются в крупные хлопья (флокулы) и выпадают из раствора.
Это напоминает поведение взвешенных жировых частиц в молоке, представляющем собой водный коллоидный раствор. При уровне pH свежего молока, близкого к нейтральному, микроскопические шарики жира в нем имеют отрицательный заряд и отталкиваются друг от друга. В процессе скисания бактерии превращают лактозу в молочную кислоту, снижая при этом уровень pH. Это вызывает разрушение поверхностного заряда на частицах жира, которые отделяются от молочной сыворотки и слипаются друг с другом, образуя простоквашу — коагулированное желе из молочного жира.
Изучая богатейшие золоторудные жилы месторождения Брюсджек (Brucejack mine) в Британской Колумбии, в которых содержание золота местами достигает 41,5 кг на тонну (!), авторы обнаружили свидетельства того, что главный фактор образования богатых залежей золота — переход на определенных этапах рудоносных растворов в коллоидное состояние с их последующей флокуляцией. При этом концентрация металла в исходных гидротермальных растворах может составлять всего несколько частей на миллиард.
Авторы предложили следующий сценарий. Заряженные наночастицы золота в коллоидном растворе до определенного момента отталкиваются друг от друга, но, когда они по каким-то причинам теряют заряд (например, в результате резкого изменения уровня рН), происходит флокуляция, и выпадающее желеобразное вещество заполняет трещины в породе, образуя богатые золотые жилы.
Для проверки работоспособности своей гипотезы исследователи создали в лаборатории золотоносные коллоидные растворы и с помощью метода просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) получили первые изображения наночастиц золота, а также задокументировали весь процесс заполнения трещин флокулированным агрегатом этих частиц.
Богатые участки месторождения Брюсджек обычно представляют собой скопления рудной минерализации размером от 1 до 30 см в кварц-кальцитовых жилах толщиной от 1 до 50 см и жильных роях (штокверках), а также в цементе жильных брекчий. Скопления сложены микроагрегатами электрума — природного сплава золота и серебра — с соотношением Au:Ag около 62:38. Для изучения материала жил методом ПЭМ авторы изготовили пять ультратонких пластин толщиной от 50 до 100 нм. Под электронным микроскопом ученые обнаружили в кальцитовой матрице жил вокруг сростков электрума многочисленные сферические наночастицы электрума диаметром от 5 до 15 нм, которые встречаются как в рассеянном виде, так и в виде агрегатов частиц.
Последние по своему строению удивительным образом напоминают более крупные сростки электрума, обладающие ветвящейся, дендритной структурой. Считается, что такие сложнокристаллические образования возникают при ускоренной кристаллизации в неравновесных условиях. Авторы отмечают, что полное подобие структур на нано- и макроуровнях согласуется с фрактальной природой коллоидных агрегатов, наблюдаемой в экспериментальных исследованиях, а также при компьютерном моделировании флокуляции коллоидов золота (рис. 2).
Рис. 2. а — участок богатой минерализации электрума (бонанца) в кварц-кальцитовой жиле в серицитизированных туфах (фото сделано в забое подземной горной выработки); b — наноразмерная кальцитовая (Cal) жила с агрегатами электрума (Elec) в серицитизированной (Ser) вмещающей породе (снимок получен методом ПЭМ). В нижней части жил видны сферические наночастицы электрума. Фото из обсуждаемой статьи в PNAS
Проведенные эксперименты показали, что на начальной стадии охлаждения гидротермальные растворы проходят фазу наночастиц. Обычно эта фаза недолговечна и быстро сменяется стадией кристаллизации, для которой характерен медленный рост кристаллов. Однако в неравновесных системах, например, когда кипящий флюид встречается с холодной жидкостью, или попадает в открытую полость, резкая смена физико-химических параметров — сброс давления (вскипание), охлаждение или смена кислотности — приводит к быстрой флокуляции металлических наночастиц из гидротермального флюида. При этом у атомов недостаточно времени, чтобы организоваться в кристаллы, и они формируют сферические агрегаты с минимальной площадью поверхности для данного объема.
Авторы считают, что такие условия могут возникать, например, в местах выхода кислых или почти нейтральных гидротермальных металлоносных растворов на морском дне, где они смешиваются с умеренно щелочной морской водой (рН 7,5–8,5). Ускоряют осаждение и присутствующие в морской воде катионные коагулянты (например, Na + ).
Результаты проведенного ранее исследования газово-жидких включений в кварце электрумсодержащих кварц-кальцитовых жил месторождения показали, что во время образования жил флюид вскипал (S. P. Tombe et al., 2018. Origin of the high-grade Early Jurassic Brucejack epithermal Au-Ag deposits, Sulphurets Mining Camp, northwestern British Columbia). Это подтверждают и изотопные данные серы в золотосодержащем пирите, а также широкое развитие в жильных зонах гидротермальных брекчий, формирующихся в условиях разрыва пород.
В раннеюрское время, когда образовались руды месторождения Брюсджек, район находился на континентальной окраине, в зоне долгоживущей островной дуги, где поднимающиеся к поверхности и вскипающие гидротермальные рудные флюиды могли смешиваться с морской водой. Авторы считают, что это смешение было основной причиной флокуляции и образования участков богатого золотого оруденения. Аналогичные процессы могли действовать и при образовании других золоторудных месторождений, для которых характерны жилы с бонанцами. Это, например, месторождения Балларат в Австралии, Серра Пелада в Бразилии или Ред-Лейк в Канаде.
Источник: Duncan F. McLeish, Anthony E. Williams-Jones, Olga V. Vasyukova, James R. Clark, Warwick S. Board. Colloidal transport and flocculation are the cause of the hyperenrichment of gold in nature // PNAS. 2021. DOI: 10.1073/pnas.2100689118.
Гидротермальный метод выращивания кристаллов
Какие минералы получают гидротермальным методом
Гидротермальный метод подходит для роста:
С гордостью отметим, что RusGems – единственная компания в мире, которая выращивает изумруд колумбийского цвета – самую дорогую разновидность!
В результате роста мы получаем кристаллы-пластинки изумруда или корундов сравнительно небольшого размера (до 9 мм в высоту) с природными включениями. В зависимости от условий роста, они также могут обладать абсолютной чистотой и разным уровнем прозрачности. При этом мы получаем 100 % аналог натуральных камней: те же оптические, физические и химические свойства.
Для создания таких синтетических драгоценных вставок необходимо использование особых тиглей (емкостей) из тугоплавких металлов (в том числе золота, платины и иридия), поскольку в природе процесс роста требует множества условий, в том числе: высоких температур, давления и времени. Всё это значительно влияет на цену полученного материала.
Что касается кварца, то в ювелирном мире это сравнительно дешевый камень, самыми известными представителями которого являются: аметист, цитрин (желтый), празиолит (зеленый), розовый и лавандовый кварцы и особенно популярные в России – горный хрусталь и раухтопаз (дымчатый кварц). Так как в природе они образуются в менее сложных условиях, то и в лабораторном варианте кварцы получаются менее затратными и могут вырастать до, по сути, гигантских размеров – несколько килограммов. При этом гидротермальные кварцы в абсолютном большинстве чистые и не имеют примесей или включений, что соответствует лучшим представителям их натуральных собратьев.
Рост гидротермальных кристаллов осуществляется в герметичных сосудах высокого давления (автоклавах), позволяющих проводить процесс синтеза при температурах более 600˚С и давлении свыше 1000 атмосфер. В них находятся природные кристаллы низкого качества, растворённые в водных растворах кислот или щелочей и затравка из натурального минерала (берилла, сапфира или кварца). Основную роль играет вода, растворяющая способность которой резко возрастает при высоких температурах и давлениях, обеспечиваемых в автоклаве. По сути, процесс кристаллизации происходит в результате температурного перепада: перегретый раствор внизу автоклава движется в верхнюю более холодную часть, где осаждается (кристаллизуется) на затравочных пластинах. Этот процесс непрерывен.
Изумруд RusGems колумбийского цвета выращенный гидротермальным методом