Фумаролы что это на курильских островах
Фумаролы что это на курильских островах
Добрецова Ирина
Минералог, ведущий геолог океанской поисково-съёмочной партии ПМГРЭ
Что такое фумаролы?
Какие виды фумарол бывают?
Фумаролы различаются по составу выделяющихся газов. Они могут быть:
Сольфатары – извергают струи сернистого и сероводородного газа с примесью паров воды и других соединений. Их температура колеблется от 100 до 300градусов по цельсию. Свое название они получили по имени вулкана Сольфатар, расположенного близ Неаполя, где они впервые были найдены и действуют уже более 2000 лет.
Одним из известнейших известняковых мофеттных сублиматов является Памуккале в Турции.
Почему же топки дьявола?
Независимо от типа фумарол, выделяющиеся газы, как правило, имеют высокую температуру и ядовиты для людей и животных. Помимо ядовитых газов в некоторых фумаролах зафиксированы выходы паров ртути. Поэтому наактивных фумарольных полях дымящих вулканов геологами вулканологам приходится работать в противогазах.
Как рассказывают вулканологи, железный лом диаметром 2см перегорает в таких местах за неделю, брезентовые робы превращаются в лохмотья за считанные дни, а электронныеизмерительные приборы без спецзащиты выходят из строя почти мгновенно.
Поэтому обычным туристам стоит очень тщательно продумывать маршруты и посещать только фумаролы, расположенные на уже остывших лавовых потоках. Хотя и с ними надо быть начеку – возможны резкие выбросы газа и горячего пара, а также есть вероятность провалиться в пустоты с горячей лавой.
Не проси того, чего не сможешь взять. Вулкан Кудрявый и его долина драгоценных дымов
Если бы потребовалось выбрать на территории России одну точку с уникальными геохимическими характеристиками, сырьевой рог изобилия – то весьма вероятно, что пьедестал возглавил бы сложный стратовулкан Кудрявый, расположенный в северной части острова Итуруп в составе Курильской гряды. Причудливость Кудрявого заключается в том, что это единственный в мире вулкан, чьи фумаролы в промышленных количествах извергают в атмосферу редчайший элемент рений.
Рений (Re) – 75-й элемент таблицы Менделеева. Был открыт в 1925 году Вальтером и Идой Ноддак, является хронологически последним открытым элементом, имеющим стабильные изотопы. Рений является чрезвычайно рассеянным редким металлом, содержится в основном в медно-молибденовых рудах. Практическая ценность и даже незаменимость рения заключается в его крайней жаропрочности. Температура плавления рения составляет 3186 градусов Цельсия, поэтому применение рения для легирования стали имеет принципиальное значение при производстве деталей для реактивных двигателей и для аэрокосмической промышленности в целом. Так, рений добавляют в лопатки турбин реактивных двигателей, что позволяет повысить их рабочую температуру на 50-80 градусов. Сплавы рения с вольфрамом находят применение в электронике, а сплавы рения с платиной — в нефтехимической промышленности, в качестве катализаторов, участвующих в удалении серы. Феноменальная прочность рения сегодня изучается, в частности, в Национальном исследовательском технологическом университете МИСиС; подробнее об этом можно почитать в блоге института на Хабре в замечательной статье «Материал, который выжил». В качестве небольшого спойлера отметим, что речь идет о модификации рения при помощи азота, а именно о пернитриде рения. Показатели статьи:
Основные промышленно разрабатываемые залежи рения находятся в Чили, а также в Казахстане, Узбекистане и Армении. Разведанные запасы металла также имеются в США. Объяснимый интерес США к приобретению рения для развития программы «Шаттл» привел к тесному сотрудничеству США и Казахстана в этой сфере в 1990-е годы. В тот период Российская Федерация, также крайне нуждающаяся в 75 элементе, была вынуждена извлекать его из промышленных отходов. Но еще в 1992 году начались подвижнические исследования Генриха Семеновича Штейнберга и Феликса Исааковича Шадермана, открывших уникальное месторождение рения на фумарольных полях вулкана Кудрявый.
Подробный и очень увлекательный рассказ об этих исследованиях вы найдете в документальном фильме «Эффект рения» (2014), повествующем об очередной экспедиции на Итуруп. Фильм содержит комментарии Генриха Семеновича, а также других специалистов, завораживающие пейзажи российского Дальнего Востока и сцены героической, по-настоящему адовой работы геологов.
История проблемы
Генрих Семенович Штейнберг еще в начале 90-х был осведомлен о необычайно разнообразном минеральном составе фумарол на Южных Курилах. Вулканы выбрасывают в атмосферу дым, насыщенный индием, золотом, германием и другими редкими элементами. В поисках образцов рения Штейнберг обратил внимание на Кудрявый, так как дым в его фумаролах имеет необычно высокую температуру: на Главном поле она достигает 870 градусов Цельсия, а на куполе вулкана — около 750 градусов. Геохимические исследования показали не только высокое содержание рения в фумаролах, но и позволили открыть ранее не известный минерал, сульфид рения ReS2, встречающийся на склонах вулкана и на его фумарольных полях. Минерал был назван рениитом.
Как отмечает сам Штейнберг, вулкан Кудрявый фактически выполняет работу горно-обогатительного комбината, очищая рений из собственных недр, то есть, закрывает значительную часть тех задач, для решения которых разработана целая технологическая цепочка. В данном контексте также чрезвычайно важно, что вулкан Кудрявый является лишь одним из двух известных в мире вулканов, которые поддерживают высокую фумарольную активность без нарастания магматической активности. Иными словами, Кудрявый активно дымит, что, однако, не подталкивает его к скорому извержению. Второй подобный вулкан, Сатсума Иводзима, расположен в Японии.
Остров Итуруп сравнительно невелик, и возведение горно-обогатительного комбината на территории острова, а также утилизация пустой породы в настоящее время не представляются осуществимыми. Кроме того, вулкан Кудрявый отличается значительной геологической активностью. Последнее серьезное извержение зафиксировано в 1883 году, но в 1946 и 1999 годах наблюдались фреатические взрывы. Более того, в середине 2019 года прогнозировалось близкое полноценное извержение Кудрявого, так как открытые минералы на его склонах раскалились до 1600 градусов по Цельсию.
В вышеупомянутом фильме «Эффект рения» констатируется, что в настоящее время стоит сосредоточиться на извлечении минерала из «корки», то есть, из рениита. Наряду с сульфидом рения в районе Кудрявого также встречается соль перринат аммония, содержание рения в которой составляет порядка 70%.
Как можно добывать фумарольный рений
Пока не существует промышленной технологии изготовления «ловушек», которые позволили бы стабильно собирать фумарольный дым и извлекать из него рений. Основные сложности связаны с быстрой изнашиваемостью конструкций во время эксплуатации при таких температурах (возможно, конечно, помогло бы легирование рением). Тем не менее, опытный образец ловушки для рения был сконструирован под руководством Штейнберга еще в 2015 году и запатентован. В ходе испытаний устройство позволило собрать 17 килограммов концентрата рения. Но лишь в апреле 2020 года появилась новость о том, что ВНИИ химической технологии (ВНИИХТ) и Институт вулканологии и геодинамики (ИВиГ) разработали оборудование по улавливанию рения из вулканических газовых испарений. Конструкция представляет собой систему куполов, которые предполагается развернуть прямо в кратере вулкана и при помощи катализаторов извлекать из паров рений.
При этом еще в 1999 году началось развитие технологий, связанных с пропусканием рения через фильтрующий слой. Требуется вещество, которое могло бы впитывать рениевые пары как губка. В таком качестве могут использоваться, в частности, минеральная вата, активированный уголь и, в особенности, алюминиесодержащие минералы из группы цеолитов. Необходимо отметить, что крупное месторождение цеолитов (Лютогорское) имеется на Сахалине. При использовании такой технологии целесообразно охлаждать обрабатываемый газ до температуры около 150 градусов путем разбрызгивания воды в дымососе. В таком случае из газа выделяется элементная сера, которая служит дополнительным уловителем рения.
Наряду с абсорбционными технологиями улавливания рения разрабатываются электрохимические; правда, пока электрохимические технологии далеки от практического применения ввиду дороговизны оборудования. Тем не менее, активное исследование абсорбционных и электрохимических технологий на Кудрявом продолжается и в 2020 году. Специализированная экспедиция была организована силами Томского государственного университета и специалистов РАН.
В любом случае, после 2014 года в описанном проекте достигнуты серьезные успехи, а сам проект промышленной добычи рения, индия и германия на Кудрявом решается на государственном уровне. Согласно государственной программе «Социально-экономическое развитие Курильских островов (Сахалинская область) на 2016-2025 годы», строительство инфраструктуры для проекта предполагается провести в 2020-2023 годах. Правда, из-за труднодоступности Кудрявого работа предприятия в настоящее время возможна только в летний период.
Кудрявый продолжает покуривать свою драгоценную магму и никуда не спешит. В том числе, не спешит делиться с нами своими сокровищами. Но перспективы этого уникального российского месторождения кажутся оптимистичными.
Кстати, Генриху Семеновичу Штейнбергу 13 февраля 2021 года исполнится 86. Надеюсь, что он успеет лично оценить самые интересные события на Кудрявом и плоды, которые принесет труд всей его жизни. В этом была бы экзистенциальная и подлинная справедливость.
Фумаролы. Справка
Фумаролы (итал. Fumare – дымиться) – небольшие отверстия и трещинки в кратере вулкана или на застывающих, покрытых коркой лавовых потоках, по которым поднимаются струи горячих паров воды и вулканических газов, выделяющихся из магмы (первичные фумаролы) и еще не остывших лавовых потоков (вторичные фумаролы).
Фумаролы действующих вулканов разделяются по составу выделяющихся газов: сернистые фумаролы – сольфатары, углекислые – мофеты.
Фумаролы расположены в кратере, на склонах и у подножия вулкана. Выделение газов из фумарол часто происходит под давлением и сопровождается звуками.
Газ, выходящий из трещин, может быть паром от нагретых подземных вод, или же продуктом движения магмы, которые затем формируются в облако, некоторое время находящееся над вулканом, а затем постепенно снижающееся. Облако состоит не только из газа, но и из пепла, золы и частиц лавы. Его температура может достигать более 7000 °С. Опустившись на поселение, оно приводит к гибели не только жителей, но и к уничтожению всех построек. Такие случаи зафиксированы в истории.
С понижением температуры пары воды переходят в жидкое состояние; в зависимости от термодинамических условий в ней растворяются некоторые совместно выделяющиеся газы, а также газы и вещества, возникшие в результате реакций с боковыми породами и захваченные по пути движения к поверхности Земли. Так происходит образование в районе действующих вулканов гидротермальных растворов – фумарольных терм.
Bыходы вулканических газов на дне моря при подводных извержениях называются подводными фумаролами. B результате подводных эксгаляций (постепенное выделение газов и паров) морская вода пополняет свой солевой состав и выделяет коллоидную фазу. Предполагают, что так могли формироваться железо-марганцевые конкреции и залежи сульфидных руд. С фумаролами также связано отложение возгонов галогенидов, сульфатов, самородной серы и др.
Явным признаком фумаролы является желтый ореол из серы, окружающий место выхода газов на поверхность. Кристаллы серы складываются в удивительные узоры.
Иногда фумарол так много, что местность называют фумарольным полем.
Хотя карта фумарольных полей уже существует, путешествие по ним и работа непосредственно вблизи фумарол опасна и нелегка. Газовые выделения являют собой агрессивную среду, которую не выдерживают металлы, ткани и живые организмы.
Исследователям приходится работать в противогазах, железный лом толщиной 20 мм перегорает здесь за неделю, брезентовые робы превращаются в лохмотья за считанные дни, ходьба по раскаленным иногда докрасна камням противопоказана любой обуви. Электронные измерительные приборы без спецзащиты выходят из строя почти мгновенно.
Ходить по фумарольным полям нужно очень осторожно, не прыгая, поскольку можно провалиться в проделанные горячими газами ходы.
Фумаролы опасны еще и высокой концентрацией ядовитых газов – к примеру, CO2, которые могут являться виновниками зловония в области нахождения вулкана, и повредить здоровью животных и местных жителей.
В народе фумаролы поэтично, но довольно правдиво называют «топками дьявола».
В России фумарольные поля встречаются в районах современного вулканизма – на Камчатке и Курильских островах. Самые известные фумарольные поля Курильских островов находятся на острове Итуруп вокруг вулкана Кудрявый. С начала 90-х годов XX века здесь постоянно работает группа ученых геологов-вулканологов, и уже было сделано несколько довольно значительных открытий.
Путешествие на край света. 6. Фумарольное поле вулкана Менделеева
Итак, наш второй день на Кунашире и шестой день всей экспедиции. Сегодня у нас запланирован трек к фумарольному полю вулкана Менделеева.
Вулкан Менделеева — действующий вулкан в южной части острова Кунашир. Назван в честь выдающегося русского химика Д. И. Менделеева в 1946-м году. В английской Википедии утверждается, что при японцах он назывался Раусу-дакэ, хотя вообще-то такое же название имеет высочайшая вершина горного хребта Ширетоко на Хоккайдо. Конус вулкана имеет высоту 890 м. На склонах вулкана располагается много фумарол и горячих источников.
Еще несколько интересных фактов про вулкан из Википедии:
У подножия обустроено место отдыха «Горячий пляж», в настоящее время находящееся на территории погранчасти, доступ к которой в значительной степени ограничен, где вода из вулканических источников используется в качестве естественных лечебных ванн.
Местные жители называют вулкан еще и «спящей красавицей», так как если смотреть на него с определенной стороны, то его силуэт напоминает образ лежащей девушки.
Вулкан считается действующим, но последний раз он извергался в 1880-м году, еще при японцах. На фото — вулкан Менделеева, вид с 16-го километра. Википедия. Обратите внимание — дорога асфальтированная!
Начинался наш поход вот в таком тумане. Кстати, заметьте, вчера многие были в резиновых сапогах, но, натерев ноги, сегодня почти все идут в кроссовках:)
Маршрут до вулкана Менделеева начинается на 17-м км дороги Южно-Курильск — Головнино. Протяженность маршрута до фумарольных полей составляет около 3 км.
В самом начале маршрута приходится перепрыгивать через ручьи. Кое-где натянуты веревки, но не везде.
mikka
mikkaDream World
Дымящаяся стена Активной Воронки.
Склон хребта Отходящий.
Незадолго перед спуском к р. Вулканная на гребне нам попался памятник. Как мы узнали позже – человек погиб, провалившись в фумаролу, а так как в долине реки всё непостоянно и меняется, то памятник поставили в более спокойном месте.
Памятник на гребне.
Река Вулканная, вытекающая из кратера Мутновской Сопки местами текла полностью под фирном.
Автор в долине р. Вулканная.
Когда мы читали про Мутновское фумарольное поле (одно из крупнейших в мире) и смотрели снимки, у нас сложилось впечатление, что оно находится наверху на некоем плато. Оказалось же, что выходы фумарол расположены по двум бортам р. Вулканная (основные – на левом берегу, где тропа). Камни в этом месте тёплые, множество рыхлых непрочных отложений, подбираться по которым к раскалённым струям газа рискованно – могут и обвалиться. Общее впечатление (постоянный свист и рёв фумарольных газов, дополненных шумом реки, сладковато-приторным запахом перекрывающий тухлый запах серы, в сочетании со сползающим ледником) невозможно передать на снимках. Ощущение, что недра Земли – это настолько мощная стихия, неподвластная человеку, малость людей перед грозными силами природы охватывает там со всей полнотой. К сожалению, слова не могу передать этого восторженного ужаса, который испытываешь, стоя среди фумарол.
Температура выходящих газов примерно 250-300 градусов.
Отложения серы у фумарол.
Кислотные выходы растворяют горные породы, образуя рыхлые толщи.
Большая яма и маленький конус.
Газ выходит сквозь воду.
Газ выходит сквозь воду.
Снежник у края ямы с бурлящей водой.
Противоположный борт долины.
На фумаролах наше знакомство с вулканом не закончилось: мы пошли вверх по р. Вулканной, которая, я напомню, вытекает из кратера Мутновской Сопки. Кратер этот – крупнейший среди действующих вулканов Камчатки (три на полтора километра) и состоит из двух воронок. В той, из которой вытекает река активная деятельность прекратилась, в неё свешивается язык ледника Мутновский, а на картах показано и озеро Зелёное, исчезнувшее несколько лет назад. Намного более интересная вторая – Активная Воронка, стены которой богаты фумарольными выходами и увидеть противоположную сторону которой большая удача – чаще всего дымы и пары газовых струй закрывают её. Именно дыхание Активной Воронки в хорошую погоду можно увидеть из Петропавловска – по прямой до города всего 60 км.
Фумарольное поле осталось позади.
Следы свежих камнепадов.
На подъёме на склон воронки.
По склону над бывшим озером идёт регулярно протаптываемая тропка к Активной Воронке. В конце путь требует определённой сосредоточенности, чтобы не укатиться вниз по сыпухе. А поднявшись на гребень, ты оказываешься над крутым склоном Активной Воронки, ухнуть куда совсем не хочется. Не ожидая подобного подвоха, Катя решила доесть яблоко по пути на гребень, но от крутого склона аппетит у неё совсем пропал и недоеденный огрызок улетел в Активную Воронку.
Тропа к Активной Воронке.
Фумарольные выходы на стенах Активной Воронки.
Отвесные стены кратера.
На обратном пути на фумарольном поле мы встретили группу туристов (человек 20), принятую нами за камни поутру. Выяснилось, что они сначала посетили водопад над оврагом Опасный, что у нас было запланировано на «после вулкана».