در اطراف پشته های میان اقیانوسی، بر اثر برخورد آب داغ موجود در مناطق داغِ زیرِ کفِ اقیانوس با آب سرد اعماق اقیانوس، ساختارهای لوله مانندی به نام دودکش سولفیدی (Sulfide chimney) شکل می‌گیرد. این دودکش‌ها در درجه حرارت بالا (130C) تشکیل می‌شوند و جنس‌شان، انیدریت (سولفات کلسیم) است. دو نوع دودکش سولفیدی وجود دارد: بلک اسموکر و وایت اسموکر. از بلک اسموکرها ابر سیاه رنگ (حاوی سولفور) و از وایت اسموکرها ابر سفید رنگ (حاوی باریت) خارج می‌شود. تشکیل دودکش سولفیدی، با ته نشینی انیدریت به صورت لوله‌ای بین سیالات گرمابی در حالِ صعود و آب سرد دریا آغاز می‌شود. دودکش های بالغ در کانسارهای سولفید توده‌ای دارای ساخت منطقه ای و متحدالمرکز هستند؛ این ساخت نتیجه کاهش دما و سرد شدن به خاطر اختلاط با آب دریا است.

دودکش سولفیدی چیست؟

دودکش های سولفیدی ساختارهای لوله‌ای شکل با نوک تیز هستند که بر اثر برخورد آب بسیار سرد اعماق اقیانوس، با سیالات داغِ سرشار از فلزات و گازهای آتشفشانی که از کف اقیانوس خارج می‌شود ایجاد می‌گردند. این اتفاق عمدتاً در امتداد پشته های میان اقیانوسی و همچنین در حوضه های پشت قوسی در حال گسترش رخ می‌دهد. با رشد دودکش‌ها، فضای داخلی آنها از آب سرد دریا عایق می‌شود و به مناطقی از مواد معدنی با دمای بالا اجازه می‌دهد تا در امتداد کانال‌ها تشکیل شوند. دودکش های سولفیدی، پایه و ساختاری برای شکل گیری کانسارهای سولفید توده ای هستند.

انواع دودکش سولفیدی

ذرات ریز سولفید فلزی و مواد معدنی اکسیدی که از ساختارهای لوله مانند دودکش های سولفیدی خارج می‌شوند، گاه به رنگ سیاه و گاه سفید رنگ هستند. بر این اساس، دودکش های سولفیدی به دو نوع طبقه بندی می‌شوند:

1. دودکش های سولفیدی بلک اسموکر
2. دودکش های سولفیدی وایت اسموکر

هر یک از این دو نوع در ادامه توضیح داده شده است.

دودکش های سولفیدی بلک اسموکر

ساختمان یک دودکش سولفیدی بلک اسموکر از داخل به خارج شامل مناطق زیر است:

کالکوپیریت ← پیریت، اسفالریت، ورتزیت در یک زمینه انیدریتی ← انیدریت، سولفید، سیلیس بی شکل، باریت، منیزیم هیدرات هیدروکسی سولفات و تالک. دودکش های سولفیدی بالغ، ساخت منطقه ای و متحدالمرکز دارند (شکل زیر). این شکل، تصویری از یک بلاک اسموکر سولفیدی را نشان می‌دهد (نقل از لیندون، 1988). در این تصویر، مقطع طولی بلاک اسموکر در کنار مقطع عرضی آن نشان داده شده است. در بخش میانی بلاک اسموکر، جریان متمرکز محلول گرمابی را داریم. دمای این سیال، حدود 350 درجۀ سانتیگراد است.

مطالعات نشان داده است که این ساخت منطقه ای عمدتاً نتیجۀ تغییرات حرارتی است تا تغییرات شیمیایی؛ همچنین، سرد شدن، نتیجۀ مخلوط شدن با آب دریا است، نه انتقال حرارتی (باورز و همکاران، 1985).

در نهایت، انیدریت موجود در دودکش، توسط سیالات گرمابی فاقد سولفات و نیز توسط آب سرد دریا حل می‌شود و آنچه می‌ماند، یک مجموعه سولفیدی همراه با اپال است. اپال در اینجا کانی باطله محسوب می‌شود. سرعت رشد دودکش‌های سولفیدی، 30 سانتیمتر در روز تخمین زده شده است. دودکش آنقدر رشد می‌کند که در نهایت ثبات خود را از دست می‌دهد و فرو می‌ریزد. در نتیجۀ ریزشِ دودکش‌ها، تپه‌ای از واریزه های مربوط به دودکش حاصل می‌آید. این واریزه ها باعث پراکندگی در مدخل سیالات گرمابی می‌شود.

دودکش سولفیدی وایت اسموکر

همراه با بلاک اسموکرها، دودکش های دیگری نیز وجود دارد که از آن‌ها، ابری سفید رنگ خارج می‌شود. از این رو، نام آن‌ها را وایت اسموکر (white smoker) گذاشته‌اند. ابر سفید رنگی که از وایت اسموکرها خارج می‌شود، حاوی باریت، سیلیس و به مقدار فرعی پیریت است. بر اثر ته نشینی مواد محلول در سیالات گرمابی، پرزهای موجود در دودکش ها بسته می‌شود. با بسته شدن این پرزها، نفوذ پذیری کم شده و این امر موجب شکل گیری وایت اسموکرها می‌شود (لیدون، 1988).

ادامۀ رشد دودکش های نزدیک هم و سپس ریزش آن‌ها، باعث به وجود آمدن تپه‌ای از واریزه‌های دودکشی می‌شود. این تپه به عنوان دیوارۀ انیدریتی جهت ته نشینی موادّ سولفیدی عمل می‌نماید. به وجود آمدن تپه های واریزه‌ای، باعث ایجاد پراکندگی در مراکز خروج سیالات گرمابی می‌گردد. این امر باعث می‌شود که مواد سولفیدی و سیلیکاتی در درون تپه‌ها سرد شده و ته نشین گردد. رسوب این مواد در درون تپه‌ها، باعث تنگ شدن حفره‌ها شده و این امر باعث کاهش نفوذپذیری و ایجاد یک دیوارۀ غیرقابل نفوذ در بالای تپه می‌گردد (گلد فارب و همکاران، 1983).

بخش قشری در وایت اسموکر

نفوذ پذیری بخش قشری وایت اسموکرها کم است. این نفوذپذیریِ اندک، منجر به چرخش سیالات گرمابی حرارت بالا در درون تپه و جانشینی کانی های حرارت پایین توسط کانی های حرارت بالا می‌گردد. بر اثر فشارهای هیدرولیکی، فشارهای تکتونیکی و یا زمین لرزه، ممکن است در دیوارۀ غیرقابل نفوذ شکستگی‌هایی ایجاد شود. این شکستگی‌ها باعث به وجود آمدن راهروهای جدید برای سیالات گرمابی و در نتیجه ایجاد دودکش‌های جدید می‌شود و بدین ترتیب، تپه های سولفیدی رشد می‌کنند.

در دریاهای امروزی، سولفیدها اکسید می‌شوند و تشکیل کانسارهای گِل اُخری را می‌دهند؛ مگر آنکه تودۀ سولفیدی توسط گدازه های آتشفشانی پوشانده شود (لیدون، 1988).

99% از فلزاتی که توسط دودکش سولفیدی بالا آورده می‌شود، در درون آب دریا پراکنده شده و به صورت بخشی از کانسارهای رسوبی غیر همجوار در می‌آید.

نحوۀ تشکیل دودکش سولفیدی

آب دریا از طریق شکاف‌های کف اقیانوس در امتداد پشته‌های میان اقیانوسی به زیر زمین نفوذ می‌کند؛ پس از رسیدن به زیر زمین، آب تا دمای بسیار بالایی گرم می‌شود و در عین حال، با فلزات و گازهای آتشفشانی اشباع می‌شود. هنگامی که این آب داغ مجدداً از زیرِ زمین به سمت اقیانوس بر می‌گردد و به عمق اقیانوس می‌رسد، ناگهان با آب بسیار سرد کف اقیانوس برخورد می‌کند. اختلاط ناگهانی سیال داغ با آب سرد اقیانوس، باعث رسوب آنی فلزات و گازهای معلق در آب می‌شود. به این ترتیب، مقادیر زیادی از کانی‌های سولفیدی (ترکیبات گوگردی حاوی فلز) مانند پیریت، کالکوپیریت و اسفالریت، همراه با سیلیس و انیدریت معدنی سولفات کلسیم، رسوب می‌کنند و در نهایت ساختارهای دودکش مانند و مرتفع را تشکیل می‌دهند. آب اشباع از مواد معدنی، از طریق مجموعه‌ای پیچیده از کانال‌ها به خروج خود ادامه می‌دهد و این تکرار، باعث رشد دودکش سولفیدی می‌شود.

تشکیل دودکش سولفیدی با ته نشینی انیدریت آغاز می‌شود. این ته نشینی به صورت لوله مانند بین سیالات گرمابیِ در حال صعود و آب های سرد دریا صورت می‌گیرد. با افزایش درجه حرارت، حلالیت انیدریت کم می‌شود و این امر موجب رسوب کردن آن می‌گردد.

از آب دریاهای کنونی، انیدریت در دمای 130 درجۀ سانتیگراد (بدون تبخیر) رسوب کرده و ته نشین می‌شود. تا زمانی که درجه حرارت بالا باشد، رسوبگذاری انیدریت در اطراف فوران های مربوط به سیالات گرمابی ادامه می‌یابد. مطالعه ایزوتوپ های گوگرد نشان داده است که گوگرد موجود در این انیدریت های ته نشین شده، عمدتاً از آب دریا تأمین می‌شود.

سیالاتی که به داخل استوانه انیدریتی راه پیدا می‌کنند، عمدتاً به طرف بالا صعود کرده و وارد آب دریا می‌شوند. مقداری از این سیالات (بیش از 1%) نیز از درون خلل و فرج استوانۀ انیدریتی به طرف خارج حرکت می‌کند. سیالات گرمابی ضمن عبور از دیوارۀ انیدریتی بر روی یک گرادیان فیزیکو شیمیایی نزول می‌نماید. یعنی از حرارت بالا (بالای 300^°C)، شرایط اسیدی (pH= 3.5) و شرایط احیایی (H₂S>>SO₄) در سمت داخلی دیواره، به طرف درجه حرارت پایین (2^°C) شرایط قلیایی (pH= 7.8) و اکسیدی (SO₄>>H₂S) در خارج پیش می‌رود.

در نتیجۀ این تغییرات فیزیکوشیمیایی، کانی های سولفیدی در درون پرزهای استوانه انیدریتی ته نشین می‌شوند. انیدریت نیز در بخش بیرونی استوانه ته نشین می‌شود. به نحوی که با افزایش طول لوله دودکش سولفیدی، بخش پایینی آن نیز بر اثر تجمع سولفیدها در درون پرزها و تشکیل انیدریت در بیرون از استوانه، به ضخامت آن افزوده می‌شود.