Гейзерное поле Эль-Татио в Андах: Геотермальная активность и исследования

Введение

Гейзерное поле, расположенное в Андах, Чили.

Эль-Татио – это геотермальное поле с множеством гейзеров, расположенных в Андах северного Чили на высоте более среднего уровня моря. Это третье по величине гейзерное поле в мире и крупнейшее в Южном полушарии. Для названия "Эль-Татио" предложено несколько значений, включая "печь" или "дедушка". Геотермальное поле включает множество гейзеров, горячих источников и связанных с ними отложений синтера. Эти горячие источники в конечном итоге формируют реку Рио-Саладо, крупный приток реки Рио-Лоа, и являются основным источником загрязнения мышьяком в этой реке. Вентиляционные отверстия служат средой обитания для популяций экстремофильных микроорганизмов, таких как гипертермофилы, и Эль-Татио изучается как аналог ранней Земли и возможной прошлой жизни на Марсе. Эль-Татио расположено у западного подножия цепи стратовулканов, протянувшейся вдоль границы между Чили и Боливией. Эта цепь вулканов является частью Центральной вулканической зоны, одного из нескольких вулканических поясов в Андах, и входит в состав вулканического комплекса Альтиплано-Пуна (APVC). Это система крупных кальдер и связанных с ними игнимбритов, которые были источником супервулканических извержений между 10 и 1 миллионом лет назад. Некоторые из этих кальдер могут являться источником тепла для геотермальной системы Эль-Татио. В исторический период извержений вулканов Татио не зафиксировано. Поле является важным туристическим направлением в северном Чили. В течение прошлого века здесь велась разведка с целью производства геотермальной энергии, но работы были прекращены после крупного инцидента в 2009 году, когда произошел выброс пара из геотермальной скважины. Этот выброс вызвал политические дебаты о развитии геотермальной энергетики в Чили.

Имя и история исследований

Термин "tatio" происходит от языка кунса и означает «появляться», «печь», но также переводится как «дедушка» или «выжженный». Гейзерное поле также известно как гейзеры Копакойя; Копакойя – это название горы в этом районе. Самые ранние упоминания о гейзерах в регионе относятся к концу XIX века, и они были хорошо известны уже к 1952 году. Первые геотермальные поисковые работы на месторождении были проведены в 1920-х годах, а в научной литературе месторождение упоминается в 1943 году. Более систематические исследования проводились в 1967–1982 годах; большая часть исследований этого геотермального поля проводилась в рамках геотермальной разведки.

Геология

Подкопление плиты Наска под Южноамериканской плитой является причиной образования Анд. Вулканизм не проявляется на протяжении всей длины Анд; выделяют три вулканические зоны: Северную вулканическую зону, Центральную вулканическую зону и Южную вулканическую зону, разделенные областями, где вулканизм голоценовой эпохи отсутствует. Эль-Татио и ряд других геотермальных полей, таких как Сол-де-Манана, входят в состав вулканического комплекса Альтиплано-Пуна. В регионе преобладал андезитовый вулканизм, формирующий лавовые потоки, до позднего миоцена, после чего между 10 и 1 миллионом лет назад произошла крупномасштабная игнимбритовая активность. Этот игнимбритовый вулканизм является частью собственно комплекса Альтиплано-Пуна и привел к образованию значительного объема игнимбритов, покрывающих площадь. Активность комплекса Альтиплано-Пуна продолжалась в голоцене с извержением объемных лавовых куполов и лавовых потоков, а Татио был одним из последних вулканических центров комплекса, проявивших активность; современное поднятие вулкана Утурунку в Боливии может свидетельствовать о продолжающейся активности комплекса Альтиплано-Пуна. Комплекс Альтиплано-Пуна подпирается крупной магматической камерой в форме силла, известной как Магматическое тело Альтиплано-Пуна; ряд вулканов и геотермальных систем, включая Эль-Татио, географически связаны с Магматическим телом Альтиплано-Пуна. Кальдера Лагуна Колорада расположена к востоку от Эль-Татио. Ландшафт Эль-Татио сформирован юрско-меловыми отложениями морского и вулканического происхождения, третично-голоценовыми вулканическими формациями, образовавшимися в различные периоды, а также недавними отложениями, сформированными ледниками, аллювием, коллювием и материалами, образованными геотермальным полем, такими как синтeр. Вулканические формации заполняют грабен Татио, включая миоценовый игнимбрит Рио-Саладо и связанные с ним вулканические породы, достигающие в некоторых местах толщины, а также игнимбрит Сифон, плиоценовый игнимбрит Пурипикар и плейстоценовый игнимбрит Татио; игнимбрит Пурипикар выходит на поверхность дальше к западу. В этом районе активны вулканы Путана и Токорпури. Гидротермическое изменение коренных пород в Эль-Татио привело к образованию крупных залежей минералов изменения, таких как иллит, нобели́т, смектит, терругит и улексит. Вершинные части нескольких вулканов вулканической группы Эль-Татио были выбелены и обесцвечены гидротермальной активностью.

Subduction of the Nazca Plate beneath the South American Plate is responsible for the formation of the Andes. Volcanism does not occur along the entire length of the Andes; there are three volcanic zones called the Northern Volcanic Zone, the Central Volcanic Zone and the Southern Volcanic Zone, all separated by areas with no Holocene age volcanism. El Tatio and a number of other geothermal fields such as Sol de Mañana are part of the Altiplano–Puna volcanic complex. The region was dominated by andesitic volcanism producing lava flows until the late Miocene, then large scale ignimbrite activity took place between 10 and 1 million years ago. This ignimbrite volcanism is part of the APVC proper and produced about of ignimbrites, covering a surface area of The APVC activity continued into the Holocene with the emission of voluminous lava domes and lava flows, and Tatio was one of the last volcanic centres in the APVC to erupt; the present day uplift of the Uturunku volcano in Bolivia may signal ongoing activity of the APVC. The APVC is underpinned by a large magma chamber with the shape of a sill, the Altiplano Puna Magma Body; a number of volcanoes and geothermal systems including El Tatio are geographically associated with the Altiplano Puna Magma Body. The Laguna Colorada caldera lies east of El Tatio. The terrain at El Tatio is formed by Jurassic–Cretaceous sediments of marine and volcanic origin, Tertiary–Holocene volcanic formations that were emplaced in various episodes, and recent sediments formed by glaciers, alluvium, colluvium and material formed by the geothermal field, such as sinter. Volcanic formations fill the Tatio graben, including the Miocene Rio Salado ignimbrite and related volcanics which reach thicknesses of in some places, the Sifon ignimbrite, the Pliocene Puripicar ignimbrite and the Pleistocene Tatio ignimbrite; the Puripicar ignimbrite crops out farther west. Active volcanoes in the area include Putana and Tocorpuri. Hydrothermal alteration of country rock at El Tatio has yielded large deposits of alteration minerals such as illite, nobleite, smectite, teruggite and ulexite. The summit parts of several volcanoes of the El Tatio volcanic group have been bleached and discoloured by hydrothermal activity.

Гидрология

Большая часть воды, выходящей из горячих источников, по-видимому, образуется из атмосферных осадков, проникающих в землю к востоку и юго-востоку от Эль-Татио. Источником тепла комплекса, вероятно, является кальдера Лагуна Колорада, вулканическая группа Эль-Татио, кальдеры Серро Гуача и Пастос Грандес, или Магматическое тело Альтиплано Пуна. Движение воды в недрах контролируется проницаемостью вулканических пород и тектоническим блоком Serrania de Tucle–Loma Lucero, расположенным к западу от Эль-Татио, который служит препятствием. Проходя через землю, вода нагревается и насыщается минералами, теряя пар в результате испарения. В отличие от геотермальных полей во влажных регионах, сухой климат местности оказывает незначительное влияние местных осадков на гидрологию горячих источников Эль-Татио. Ни магматическая вода, ни вода из местных осадков не смешиваются с этой водой. Время, необходимое воде для прохождения всего пути от осадков до источников, оценивается в 15 лет или более 60 лет, при этом три четверти тепла переносится паром. Вода движется через ряд водоносных горизонтов, соответствующих проницаемым горным породам, таким как игнимбриты Salado и Puripicar, дациты Tucle, а также через разломы и трещины в скалах. Она резко поднимается под Эль-Татио и, по-видимому, ограничена северо-восточными системами разломов, такими как "разлом Татио". Было идентифицировано три отдельных геотермальных резервуара, расположенных под Серрос-дель-Татио и простирающихся до вулкана Ла-Торта; они связаны друг с другом и частично образованы полостями, возникшими вдоль разломов. Игнимбрит Пурипикар, по-видимому, является основным гидротермальным резервуаром, с температурами, достигающими. Общая тепловая мощность Эль-Татио составляет около 120. Гидротермальная система под Эль-Татио, по-видимому, простирается на соседнюю систему Ла-Торта. В зависимости от сезона горячие источники дают 0,25 воды при температуре, достигающей местной температуры кипения. Вода богата минералами, особенно хлоридом натрия и кремнезёмом. Другие соединения и элементы в порядке возрастания концентрации: сурьма, рубидий, стронций, бром, магний, цезий, литий, мышьяк, сульфат, бор, калий и кальций. Неорганический углерод (карбонат) присутствует в низкой концентрации. Некоторые из этих минералов токсичны, особенно мышьяк, который загрязняет ряд водоемов в регионе. Концентрация мышьяка в водах Эль-Татио может достигать 40 – одной из самых высоких концентраций, обнаруженных в горячих источниках во всем мире – и 11 в отложениях. Производя около, Эль-Татио является основным источником мышьяка в системе Рио-Лоа, а загрязнение мышьяком в регионе связывают с проблемами со здоровьем населения. Состав этих горячих источников неоднороден в Эль-Татио: содержание хлоридов уменьшается от северных источников к юго-западным и восточным источникам, где чаще встречается сульфат. Это обогащение сульфатами, по-видимому, обусловлено испарением, вызванным паром, при котором сульфат образуется при окислении сероводорода атмосферным кислородом. Снижение содержания хлоридов, с другой стороны, по-видимому, связано с дренажными потоками с востока, разбавляющими южные, западные и особенно восточные системы источников.

Most of the water that is discharged by the hot springs appears to originate as precipitation, which enters the ground east and southeast of El Tatio. The source of heat of the complex appears to be the Laguna Colorada caldera, the El Tatio volcanic group, the Cerro Guacha and Pastos Grandes calderas or the Altiplano Puna Magma Body. The movement of the water in the ground is controlled by the permeability of the volcanic material and the Serrania de Tucle–Loma Lucero tectonic block west of El Tatio that acts as an obstacle. As it moves through the ground, it acquires heat and minerals and loses steam through evaporation. Unlike geothermal fields in wetter parts of the world, given the dry climate of the area, local precipitation has little influence on the hot springs hydrology at El Tatio. Neither magmatic water nor water from local precipitation are mixed into this water. The time the water takes to traverse the whole path from precipitation to the springs is considered to be either 15 years or more than 60, and three quarters of the heat is transported by steam. The water travels through a number of aquifers that correspond to permeable rock formations, such as the Salado and Puripicar ignimbrites, the Tucle dacites as well as through faults and fractures in the rock. It steeply ascends under El Tatio and appears to be confined between northeast trending fault systems such as the "Tatio fault". Three separate geothermal reservoirs have been identified, which underlie the Cerros del Tatio and extend to the La Torta volcano; they are connected by, and partly formed in cavities formed by faults. The Puripicar ignimbrite appears to be the main hydrothermal reservoir, with temperatures reaching The total heat output of El Tatio is about 120. The hydrothermal system beneath El Tatio appears to extend to the neighbouring La Torta system. Depending on the season, the hot springs yield 0.25 of water at temperatures reaching the local boiling point. The water is rich in minerals, especially sodium chloride and silica. Other compounds and elements in order of increasing concentration are antimony, rubidium, strontium, bromine, magnesium, caesium, lithium, arsenic, sulfate, boron, potassium and calcium. Inorganic carbon (carbonate) occurs at a low concentration. Some of these minerals are toxic, especially arsenic which pollutes a number of waters in the region. Arsenic concentrations in waters at El Tatio can reach 40 – among the highest concentrations found in hot springs of the whole world – and 11 in sediments. Producing about , El Tatio is a principal source of arsenic in the Rio Loa system, and arsenic pollution in the region has been linked to health issues in the population. Composition of these hot springs is not uniform in El Tatio, with chloride content decreasing from the northern springs over the southwestern ones to the eastern springs, where sulfate is more frequent. This sulfate enrichment appears to be driven by the steam driven evaporation of the hot spring water, with the sulfate forming when hydrogen sulfide is oxidized by atmospheric oxygen. The decreasing chloride content on the other hand appears to be due to drainage coming from the east diluting the southern and western and especially eastern spring systems.

Фумаролы

Паровые отверстия особенно заметны в утренние часы, когда из них видны столбы пара, и в них обнаружены высокие температуры. Наиболее важным фумарольным газом является углекислый газ, за которым следует сероводород. Содержание воды по отношению к этим двум газам изменчиво, вероятно, из-за конденсации воды в недрах земли. Среди дополнительных компонентов — аргон, гелий, водород, метан, неон, азот и кислород. Для фумарольных газов на границах схождения плит характерно то, что значительная часть азота имеет не атмосферное происхождение. Однако атмосферный воздух также играет роль в формировании химического состава газов фумарол Эль-Татио.

Состав пружинных отложений

Опал является наиболее важным компонентом синтера, связанного с горячими источниками; галит, сильвит и реальгар встречаются реже. Преобладание опала объясняется тем, что условия обычно благоприятствуют его выпадению в осадок из воды, но не других минералов, и он встречается как в подводных средах, так и на поверхностях, которые лишь периодически увлажняются. В процессе выпадения в осадок опал формирует крошечные сферы, которые могут агрегироваться, образуя также стекловидные отложения. Галит и другие эвапориты чаще встречаются на поверхностях синтера за пределами горячих источников, и хотя опал доминирует и в этих средах, сассолит и теруггит обнаруживаются в дополнение к вышеупомянутым четырем минералам в отложениях выброса. Кахнит также был идентифицирован в отложениях синтера. Вулканические минералы, такие как плагиоклаз и кварц, встречаются в полостях синтера. Песчаник, образованный обвальными потоками и переотложенным вулканическим материалом, в некоторых местах вкраплен в синтер. Наконец, в некоторых источниках формируются сульфидные отложения, содержащие сурьму, мышьяк и кальций. В кернах, взятых из синтера, были выделены различные фации, включая древовидные, столбчатые, оконные палисады, слоистые (наклонные и горизонтальные), зернистые, игольчатые и пучковидные структуры. Эти структуры содержат различное количество микроокаменелостей и образовались при разных температурах и в различных местах отдельных синтeровых холмов. Микроорганизмы и материалы, такие как пыльца, интегрированы в отложения синтера. Скорость осаждения синтера оценивается в .

Климат и биология

Климат сухой, с количеством осадков в год. Большая часть осадков выпадает между декабрем и мартом, что обусловлено южноамериканским муссоном и Южно-Тихоокеанским антициклоном, который является причиной сухого климата. В прошлом вся Центральная Андская область была более влажной, что привело к образованию озер, таких как озеро Таука на Альтиплано. Это, а также более холодный климат, способствовали развитию ледников в Эль-Татио, оставивших после себя морены. Регион также характеризуется сильными ветрами со средней скоростью , которые влияют на горячие источники, усиливая испарение и придавая направленный рост некоторым синтeровым отложениям, напоминающим пальцы. Ежемесячные показатели испарения достигают , что способствует отложению синтeров. Наблюдается суточный цикл ветра и атмосферной влажности: ночью ветер отсутствует и влажность высокая, а днем – ветер и низкая влажность. Атмосферное давление на этой высоте снижается примерно до 0,58 атмосферы, что понижает температуру кипения воды примерно до . Помимо осадков, область характеризуется экстремальными колебаниями температуры между днем и ночью, которые могут достигать , вызывая циклы замораживания и оттаивания. Чилийская Dirección General del Agua управляет метеостанцией в Эль-Татио; согласно данным этой станции, средняя температура воздуха составляет , а количество осадков . Эль-Татио также характеризуется высокой ультрафиолетовой (УФ) инсоляцией, которая может достигать 33 УФ А и 6 УФ В. Низкое атмосферное давление и высокая УФ-радиация побудили ученых рассматривать Эль-Татио как аналог марсианской среды. Сухая травянистая растительность региона классифицируется как центральноандская сухая пуна и располагается выше границы леса. В Эль-Татио и его окрестностях идентифицировано около 90 видов растений, таких как эндемичные Adesmia atacamensis, Calceolaria stellariifolia, Junellia tridactyla и Opuntia conoidea. Дерновинные травы, такие как Anatherostipa, Festuca и Stipa, встречаются на высоте , а розетковые и подушковидные растения – на высоте ; к ним относятся Azorella, Chaetanthera, Mulinum, Senecio, Lenzia, Pycnophyllum и Valeriana. К кустарниковым видам относятся Lenzia chamaepitys, Senecio puchii и Perezia atacamensis, а Arenaria rivularis, Oxychloe andina и Zameioscirpus atacamensis растут на болотистых участках. Прибрежная растительность встречается вдоль реки Саладо. Среди животных в регионе – чинчиллы, вискачи и ламы, в основном викуньи.

The climate is dry with about precipitation per year. Most of it falls between December and March, a precipitation pattern mediated by the South American monsoon and by the South Pacific High which is responsible for the dry climate. The whole Central Andes were wetter in the past, resulting in the formation of lakes such as Lake Tauca in the Altiplano. This, and a colder climate, resulted in the development of glaciers at El Tatio, which have left moraines. The region is additionally rather windy with mean windspeeds of , which influence the hot springs by enhancing evaporation and imparting a directional growth to certain finger like sinter deposits. The evaporation rates per month reach and they facilitate the deposition of sinters. There is a diurnal cycle in wind and atmospheric humidity, with no wind and high humidity during the night and wind with low humidity during the day. The atmospheric pressure at this elevation drops to about 0.58 atmospheres, lowering the boiling point of water to about
Apart from precipitation, the area is characterized by extreme temperature variations between day and night which can reach and induce freeze thaw cycles. The Chilean Dirección General del Agua operates a weather station at El Tatio; according to data from this station air temperatures average and precipitation El Tatio further features high ultraviolet (UV) insolation, which can reach 33 UV A and 6 UV B. The low atmospheric pressure and high UV irradiation has led scientists to treat El Tatio as an analogue for environments on Mars. The dry grassland vegetation of the region is classified as Central Andean dry puna and lies above the treeline. About 90 plant species have been identified at El Tatio and surroundings, such as the endemic Adesmia atacamensis, Calceolaria stellariifolia, Junellia tridactyla and Opuntia conoidea. Tussock grasses like Anatherostipa, Festuca and Stipa occur at elevation, while rosette and cushion plants reach elevations of ; these include Azorella, Chaetanthera, Mulinum, Senecio, Lenzia, Pycnophyllum and Valeriana. Bushland species include Lenzia chamaepitys, Senecio puchii and Perezia atacamensis, while Arenaria rivularis, Oxychloe andina and Zameioscirpus atacamensis grow in wetlands. Riparian vegetation occurs along the Rio Salado. Among the animals in the region are chinchillas and viscachas and llamas, mainly the vicuña.

Весенняя биология

Геотермальное поле Эль-Татио населено разнообразными растениями, микробами и животными. Выходы геотермальных газов представляют собой экстремальную среду из-за присутствия мышьяка, большого количества ультрафиолетового излучения, которому подвергается Эль-Татио, и его значительной высоты. Горячие источники характеризуются специфическими микробными сообществами, которые оставляют характерные окаменелости в отложениях источников. Условия окружающей среды на ранней Земле были схожи с условиями в горячих источниках, с потенциально высоким уровнем воздействия ультрафиолетового излучения, поскольку озоновый слой еще не сформировался, и жизнь, вероятно, развивалась именно в таких условиях. Кроме того, микробный метаболизм мышьяка влияет на его токсичность и последствия загрязнения мышьяком.

Микроорганизмы

Биопленки и микробные маты повсеместно распространены в Эль-Татио, включая цианобактерии Arthrospira, Calothrix, Fischerella, Leptolyngbya, Lyngbya и Phormidium, которые формируют маты в горячих источниках, покрывающие твердые поверхности, включая онкоиды и синтёр. В других местах вышеупомянутые три рода образуют строматолитовые структуры или плавучие скопления пузырьковых матов. Маты имеют мохнатую, слоистую и коническую текстуру, а их цвета включают оранжевый и оливково-зеленый; они придают каналам и бассейнам их окраску. Дополнительные роды цианобактерий, зарегистрированные в Эль-Татио, – Chroococcidiopsis, Chlorogloeocystis, Chroogloeopsis, Fischerella, Synechococcus и Thermosynechococcus. В матах и синтёре также обнаружены бактерии, не являющиеся цианобактериями, включая гетеротрофные бактерии, такие как Isosphaera pallida. Наблюдается термическая градация микроорганизмов: в самых горячих водах обитают зеленые бактерии Chloroflexus и гипертермофилы, цианобактерии – при температуре ниже температуры воды, а диатомовые водоросли – при еще более низких температурах. Микробные маты обнаружены и в других горячих источниках мира, таких как Йеллоустоун и Стимбот-Спрингс (США) и в Новой Зеландии, но в Эль-Татио они тоньше. Часто органическое вещество в этих матах замещается опалом, в результате чего большая часть синтера приобретает характерные биогенные текстуры, такие как нити и ламины. Подобные биогенные текстуры наблюдаются в отложениях синтера по всему миру и обычно имеют микробиологическое происхождение; в Эль-Татио они иногда содержат все еще живые бактерии, которые могут быть погребены и сохранены в отложениях синтера. В Эль-Татио эти биогенные текстуры особенно хорошо сохранились в синтёре, отложенном водой, вытекающей из источников. Chloroflexus – термофильная нитевидная зеленая бактерия, обнаруженная в горячих водах Йеллоустоуна; нитевидные структуры в гейзерных конусах Эль-Татио, возможно, сформированы этой бактерией. В брызговых конусах структуры, напоминающие структуры горячих источников, формируются микробами, подобными Synechococcus. Синтёр поглощает большую часть ультрафиолетового излучения, защищая микроорганизмы, обитающие в нем, от этого вредного излучения, хотя он также поглощает свет, необходимый для фотосинтеза. В водах Эль-Татио также встречаются диатомовые водоросли, включая виды Synedra, которые часто прикрепляются к нитевидным субстратам, а также водоросли. Среди бактерий, идентифицированных в несколько более холодных проточных водах, – Bacteroidota и Pseudomonadota, а в горячих водах – Thermus. Из вод Эль-Татио культивированы различные археи, в горячих источниках образуются Thermoproteota (ранее Crenarchaea), Desulfurococcales и Methanobacteriales. Один вид, Methanogenium tatii, был обнаружен в Эль-Татио и является метаногеном, выделенным из теплого бассейна. Название вида происходит от геотермального поля, и другие метаногены могут быть активны в Эль-Татио.

Biofilms and microbial mats are omnipresent at El Tatio, including Arthrospira, Calothrix, Fischerella, Leptolyngbya, Lyngbya and Phormidium cyanobacteria, which form mats within the hot springs covering the solid surfaces, including oncoids and the sinter. In other places, the aforementioned three genera form stromatolithic structures or floating rafts of bubbly mats. The mats have tufted, layered and conical textures and their colours include orange and olive green; they give the channels and pools their colour. Additional cyanobacteria genera reported from El Tatio are Chroococcidiopsis, Chlorogloeocystis, Chroogloeopsis, Fischerella, Synechococcus and Thermosynechococcus. Non cyanobacteria bacteria have also been found in the mats and sinter; they include heterotrophic bacteria such as Isosphaera pallida. There is a thermal gradation of microorganisms, with the hottest waters supporting Chloroflexus green bacteria and hyperthermophiles, cyanobacteria at less than water temperature and diatoms at even lower temperatures. Microbial mats have been found at other hot springs in the world such as Yellowstone and Steamboat Springs, both in the United States, and New Zealand, but they are thinner at El Tatio. These mats often have their organic material replaced with opal and thus end up forming much of the sinter, which has thus characteristic biogenic textures, such as filaments and laminae. Such biogenic textures have been observed on sinter deposits around the world and are usually microbial in origin, at El Tatio they sometimes feature still living bacteria which can get entombed and preserved within the sinter deposits. In the case of El Tatio, these biogenic textures are particularly well preserved in the sinter deposited by water flowing away from springs. Chloroflexus is a thermophilic filamentous green bacterium found in hot waters at Yellowstone; filamentous structures within geyser cones at El Tatio may have been formed by this bacterium. In splash cones Synechococcus like microbes are instead responsible for the structures, which resemble those of hot springs. Sinter absorbs much of UV radiation, protecting microorganisms that dwell within the sinter against this harmful radiation although it also absorbs light required for photosynthesis. Diatoms are also found in El Tatio waters, including Synedra species, which are often found attached to filamentous substrates, and algae are found in the waters. Among bacteria identified in the somewhat colder flowing waters are Bacteroidota and Pseudomonadota, with Thermus species in the hot waters. Various archaeans have been cultured from El Tatio waters, with hot springs producing Thermoproteota (formerly crenarchaea), desulfurococcales, and methanobacteriales. One species, Methanogenium tatii, has been discovered at El Tatio, and is a methanogen recovered from a warm pool. The species name is derived from the geothermal field and other methanogens may be active in El Tatio.

Макроорганизмы

В верхнем бассейне гейзеров наблюдается рост растительности в термальных зонах, например, в термальных болотах. К западу от верхнего бассейна гейзеров расположена водно-болотная местность Вега Ринконата с гидротермальными источниками. Среди животных, обитающих в Эль-Татио, встречаются улитка Heleobia и лягушка Rhinella spinulosa. Личинки этой лягушки в Эль-Татио живут в воде с приблизительно постоянной температурой и демонстрируют атипичные закономерности развития по сравнению с лягушками того же вида, развивавшимися в местах с более переменчивой температурой воды. В районе гейзеров были обнаружены виды ящериц рода Liolaemus.

Аналогии с Марсом

Климат, окружающая среда и гидротермальная активность в Эль-Татио использовались как аналоги процессов, происходивших на раннем Марсе. Некоторые микроструктуры, обнаруженные в Колумбийских холмах на участке рельефа «Домашняя плита», схожи с этими биогенными структурами в Эль-Татио, но это не обязательно указывает на биогенное происхождение микроструктур на Марсе.

Геологическая история

Во время плиоцена–четвертичного периода Кордильера Оксиденталь подвергалась тектоническим процессам растяжения. Связанная с этим система разломов была активна; она связана с Сол-де-Мананой в Боливии и контролирует положение нескольких фумарол в Эль-Татио. Пересечение северо-западного–юго-восточного и северо-северо-западного–юго-юго-восточного направлений линейных структур в районе Эль-Татио коррелирует с проявлением геотермальной активности. Тектоника района Эль-Татио первоначально интерпретировалась как отражение существования грабена, прежде чем была установлена компрессивная тектоническая обстановка. Произошло извержение серии игнимбритов. Первым был игнимбрит Рио-Саладо возрастом 10,5–9,3 миллиона лет, образующий мощный слой; это может указывать на близость источника этого игнимбрита к Эль-Татио. В других местах он представлен двумя потоками различной окраски, а вблизи Эль-Татио – кристаллическим и плотно сварным. За ним последовал объемный игнимбрит Сифон возрастом 8,3 миллиона лет, достигающий толщины около в данном районе. Плиоценовый игнимбрит Пурипикар достигает аналогичной толщины и впоследствии был опущен в результате разломов. Эта интенсивная игнимбритовая вулканическая активность связана с деятельностью вулканического комплекса Альтиплано–Пуна, который с середины миоцена извергал большие объемы дацитовых игнимбритов и формировал крупные кальдеры. Среди них Серро Гуача, Ла Пакана, Пастос Грандес и Вилама стали местом суперизвержений. Игнимбрит Татио был сформирован 710 000 ± 10 000 лет назад, а вулканиты Тукле датируются возрастом 800 000 ± 100 000 лет назад. Объем игнимбрита достигает , а площадь распространения составляет . Игнимбрит Татио содержит риолитовую пемзу и кристаллы, в то время как вулканиты Тукле андезитовые и включают как лавы, так и туфы. Игнимбрит распространился в районе Эль-Татио и, возможно, образовался в риолитовом куполе Токорпури, возраст которого менее миллиона лет, в жерле, ныне погребенном под вулканической группой Эль-Татио, или в кальдере Лагуна Колорада. Вулканическая группа Эль-Татио также датируется возрастом менее миллиона лет, а ее лавы перекрывают более древние формации. Вулкан Татио извергал мафические лавы, вероятно, в голоцене; позднее этот вулкан был переинтерпретирован как плейстоценовый. Петрологические данные свидетельствуют о том, что со временем извергаемые лавы вулканической группы Эль-Татио становились все более мафическими, при этом более ранние продукты были андезитовыми, а более поздние – базальтовыми андезитами. Записанных исторических извержений в районе Эль-Татио нет, и вулканическая активность непосредственно не влияла на него около 27 000 лет. На основе скоростей осаждения синтера и толщины синтерных отложений было установлено, что формирование синтера в Эль-Татио началось между 4000 и 1500 лет назад; однако эти оценки возраста не основаны на прямой датировке отложений, и более древние синтерные отложения простираются за пределы современной геотермальной области. Позднее радиоуглеродное датирование синтерных отложений показало, что их осаждение началось после окончания последнего ледникового периода, что подтверждается наличием ледниковых отложений под синтером и данными радиоуглеродного датирования, свидетельствующими о начале осаждения синтера после отступления ледников. Исследования, опубликованные в 2020 году, показывают, что геотермальная активность началась в южной части поля около 27 000–20 000 лет назад и распространилась на север, достигнув западной части поля менее чем за 4900 лет назад. Были обнаружены светские изменения скорости осаждения, при этом за последние 2000 лет отмечается ее увеличение.

During the Pliocene–Quaternary the Cordillera Occidental was subject to extensional tectonics. A related fault system was active; it is linked to Sol de Mañana in Bolivia and controls the position of several vents in El Tatio. The intersection between northwest–southeast trending, north northwest south southeast trending lineaments at El Tatio has been correlated with the occurrence of geothermal activity. The tectonics of the El Tatio area were originally interpreted as reflecting the existence of a graben before a compressive tectonic regime was identified. A series of ignimbrites was emplaced. The first was the 10.5–9.3 million year old Rio Salado ignimbrite, which forms a thick layer; this might imply that the source of this ignimbrite was close to El Tatio. The Rio Salado ignimbrite elsewhere crops out as two flow units, with varying colours, and close to El Tatio it is crystalline and densely welded. It was followed by the 8.3 million year old voluminous Sifon ignimbrite, which reaches a thickness of about in the area. The Pliocene Puripicar ignimbrite reaches a similar thickness, and it was later downwarped by faulting. This strong ignimbrite volcanism is associated with activity of the Altiplano–Puna volcanic complex, which has produced large volume dacite ignimbrites and sizable calderas, starting from the middle Miocene. Among these, Cerro Guacha, La Pacana, Pastos Grandes and Vilama produced supereruptions. The Tatio ignimbrite was emplaced 710,000 ± 10,000 years ago, while the Tucle volcanics are dated to 800,000 ± 100,000 years ago. The ignimbrite reaches a volume of and crops out over a surface area of The Tatio ignimbrite contains rhyolitic pumice and crystals, while the Tucle volcanics are andesitic and include both lava and tuffs. The El Tatio ignimbrite ponded in the El Tatio area and may have originated at the Tocorpuri rhyolite dome, which is less than one million years old, in a vent now buried beneath the El Tatio volcanic group, or at the Laguna Colorada caldera. The El Tatio volcanic group has likewise been dated to be less than one million years old, and its lavas overlie the older formations. Volcan Tatio erupted mafic lavas probably during the Holocene; later this volcano was reinterpreted to be of Pleistocene age. Petrological data suggest that over time the erupted lavas of the El Tatio volcanic group have become more mafic, with older products being andesitic and later ones basaltic andesitic. There is no recorded historical volcanism in the El Tatio area and volcanism has not directly affected it for about 27,000 years. Based on the rates of sinter precipitation and the thickness of the sinter deposits, it has been estimated that the sinters at El Tatio started to form between 4,000 and 1,500 years ago; these age estimates were not based on direct dating of the deposits, however, and older sinter deposits extend past the present day geothermal field. Later, radiocarbon dating of the sinter deposits found that their deposition began after the end of the last ice age, an observation endorsed by the presence of glacial deposits beneath the sinter and radiocarbon dating evidence that sinter deposition began after glaciers retreated. Research published in 2020 suggests that the geothermal activity commenced in the southern part of the field about 27,000–20,000 years ago and spread northwards, reaching the western part of the field less than 4,900 years ago. Secular variations in the deposition rate have been found, with an increase noted in the last 2,000 years.

Геотермальная эксплуатация

Геотермальная энергия происходит от внутреннего тепла Земли, где тепловой поток достаточно высок для использования в целях отопления и выработки электроэнергии. В Чили различные правовые и экономические препятствия до настоящего времени препятствуют существенному развитию геотермальной энергетики. Первые упоминания о геотермальной энергии в Эль-Татио относятся к началу XX века, когда итальянцы основали частное общество "Comunidad de El Tatio" в Антофагасте и привлекли итальянских инженеров из Лардерелло, которые в 1921 и 1922 годах проводили разведку месторождения. Технические и экономические проблемы не позволили этой первой попытке получить дальнейшее развитие. Исследования целесообразности на севере Чили выявили Эль-Татио как потенциальную площадку для выработки геотермальной энергии, с проведением широкомасштабных поисковых работ в 1960-х и 1970-х годах. В 1973 и 1974 годах были пробурены скважины, и было оценено, что при полной эксплуатации геотермальных ресурсов можно было бы производить около 100 МВт электроэнергии. Также в 1974 году в Эль-Татио была построена опреснительная установка, которую еще можно было увидеть там в 2003 году; в Эль-Татио был разработан термический процесс опреснения, который можно было использовать как для получения пресной воды, так и для получения рассола, пригодного для переработки с целью извлечения ценных минералов. Бурение существенно изменило режим работы горячих источников; уже в ноябре 1995 года поступали сообщения о том, что ряд гейзеров исчез или превратился в горячие источники и фумаролы. Удаленность Эль-Татио и сопутствующие экономические трудности в конечном итоге привели к прекращению работ по выработке электроэнергии; процедура подачи заявок на права разведки в 1978 году с целью привлечения частных компаний к разработке Эль-Татио была прервана из-за смены правительства, и до 2000 года программы развития геотермальной энергетики были заморожены. В последнее время, в 2000-х годах, несколько компаний выразили заинтересованность в возобновлении геотермальных проектов в Эль-Татио. Споры по поводу поставок газа в Северный Чили из Аргентины в 2005 году способствовали продвижению проекта, и после оценки воздействия на окружающую среду в 2007 году правительство Чили в 2008 году предоставило концессию на разработку геотермальных ресурсов на месторождении с ожидаемой мощностью около 40 МВт. Первые разрешения на бурение были выданы для района Квебрада-де-Зокете, расположенного вдали от основного месторождения.

Geothermal energy comes from the internal heat of the Earth, where the heat flow is sufficiently high that it can be used for heating and for the generation of electrical power. In Chile, various legal and economic hurdles have so far prevented substantial development of geothermal energy. The earliest references to geothermal power at El Tatio go back to the beginning of the 20th century, when a private society "Comunidad de El Tatio" was founded by Italians in Antofagasta and employed Italian engineers from Larderello, which in 1921 and 1922 probed the field. Technical and economic problems prevented this first effort from further progress. Feasibility studies in northern Chile identified El Tatio as a potential site for geothermal power generation, with large scale prospecting taking place in the 1960s and 1970s. In 1973 and 1974, wells were drilled and it was estimated that if the geothermal resources were fully exploited, about 100 of electric power could be produced. Also in 1974 a desalination facility was built at El Tatio and could still be seen there in 2003; a thermal desalination process was developed at El Tatio, which could be used both for creating fresh water and brine that could be reprocessed for valuable minerals. Drilling substantially altered the behaviour of the hot springs; already in November 1995, reports indicated that a number of geysers had disappeared or become hot springs and fumaroles. El Tatio is remote and this along with economic difficulties eventually led to the abandonment of the efforts at power generation; a bidding process for exploration rights in 1978 to attract private companies to El Tatio was interrupted by government changes and until 2000 geothermal development programs were paralyzed. More recently in the 2000s several companies expressed interest in restarting geothermal power projects at El Tatio. A dispute over gas supplies for Northern Chile from Argentina in 2005 helped push the project forward, and after an environmental impact review in 2007 the Chilean government in 2008 granted a concession to develop geothermal resources in the field, with the expected yield being about 100 40 megawatt. The first drilling permits were issued for the Quebrada de Zoquete area away from the main field.

Противоречия

8 сентября 2009 года на геотермальном месторождении Эль-Татио произошел выброс из старой скважины, которая вновь вводилась в эксплуатацию, что привело к образованию мощного струи пара, который был перекрыт только 4 октября. Оператор геотермального проекта ограничил доступ к месту выброса и заявил через технического менеджера проекта Эль-Татио, что выброс не представляет угрозы ни для горячих источников, ни для туристов, посещающих Эль-Татио, а компания Empresa Nacional de Geotermia, управляющая месторождением, отрицала какую-либо ответственность за инцидент. Ранее проект подвергался критике со стороны местного населения атакаменьо, из-за опасений по поводу экологического ущерба и религиозной значимости воды в регионе. До инцидента в англоязычной газете The Economist была опубликована статья, привлекающая внимание к негативным последствиям добычи геотермальной энергии; инцидент спровоцировал широкую полемику вокруг геотермальной энергетики, последствия которой вышли за пределы Чили. Эта полемика привлекла широкое национальное и международное внимание и включала в себя публичные протесты против проекта, такие как марш двух женщин в столицу Сантьяго в защиту геотермального поля. Впоследствии природоохранные органы Антофагасты приостановили реализацию геотермального проекта Эль-Татио, а компания Geotérmica del Norte, ответственная за проект, подверглась резкой критике и стала объектом судебных исков. Однако министры горнодобывающей промышленности и энергетики предостерегли от стигматизации геотермальной энергии, а некоторые местные власти не согласились с приостановкой проекта. Директор Национальной геологической и горнодобывающей службы (SERNAGEOMIN) заявил, что компания не имела планов по реагированию на подобную ситуацию. Компания Geotérmica del Norte была оштрафована на 100 lt=UTM (чилийская единица учета для штрафов и санкций) за нарушение планов по смягчению последствий, что было подтверждено в 2011 году Апелляционным судом Сантьяго. Судебные разбирательства, связанные с месторождением Татио, дошли до Межамериканского суда по правам человека. Конфликты между промышленными сообществами возникали и ранее на севере Чили, как правило, связанные с борьбой за использование воды, которая в значительной степени была приватизирована в эпоху Пиночета; во время полемики вокруг Татио вопросы производства электроэнергии и отношений между правительством Чили и коренными общинами также вышли на первый план среди спорных вопросов. Важным фактором в споре вокруг Татио стала роль туристической индустрии, которая рассматривала геотермальный проект как угрозу; подобный конфликт между отраслями был необычным. Геотермальные проекты в Новой Зеландии и Соединенных Штатах привели к исчезновению гейзеров. Хотя инцидент в конечном итоге не привел к долгосрочным изменениям в гейзерах Эль-Татио, широкое освещение в СМИ вызвало негативную реакцию и социальную оппозицию геотермальной энергетике в Чили.

On 8 September 2009, an older well in El Tatio that was being reused blew out, generating a high steam fountain that was not plugged until 4 October. The operator of the geothermal project restricted access to the blow out vent and stated through the technical manager of the El Tatio geothermal project that the blowout was neither a threat to the springs nor to tourists visiting El Tatio, and the Empresa Nacional de Geotermia company that operates it denied any responsibility for the incident. The project had earlier been opposed by the local Atacameño population, owing to concerns about environmental damage and the religious importance of water in the region. Before the incident, an issue of the English language newspaper The Economist had called attention to the adverse consequences of geothermal power extraction; the incident triggered a major controversy over geothermal power, with ramifications beyond Chile. The controversy gained widespread national and international attention and involved public demonstrations against the project, such as the march of two women to the capital Santiago to defend the geothermal field. The environmental authorities of Antofagasta subsequently suspended the El Tatio geothermal project, and the Geotérmica del Norte company responsible for the project received strong criticism and was targeted by legal action. Both the Ministers of Mining and Energy cautioned against stigmatizing geothermal energy, however, and some local authorities disagreed with the rejection. The director of the National Geology and Mining Service (SERNAGEOMIN) stated that the company had no plans to handle such a situation. The Geotérmica del Norte company was fined 100 lt=UTM (a Chilean unit of account for fines and sanctions) for violating mitigation plans, a fine upheld in 2011 by the Court of Appeals in Santiago. Legal cases related to the Tatio field went as far as the Inter American Court of Human Rights. Industry community disputes have occurred before in northern Chile, typically tied to conflicts about the use of water, which was in large part privatized during the Pinochet era; during the Tatio controversy, power generation and relations between the Chilean government and native communities also gained prominence among the disputed issues. An important factor in the Tatio controversy is the role of the tourism industry, which viewed the geothermal project as a threat; this kind of industry industry conflict was unusual. Geothermal projects in New Zealand and the United States have resulted in the extinction of geysers. While the incident ultimately did not result in lasting changes to the El Tatio geysers, the widespread media attention did create adverse publicity and social opposition against geothermal energy in Chile.

Туризм

Эль-Татио является туристическим направлением, привлекающим значительное количество путешественников как из Чили, так и из других стран. Этот туризм представляет собой важный экономический ресурс для региона, и управлением объекта занимаются представители местной общины Атакамено в рамках более широкой тенденции сотрудничества между коренными общинами и объектами культурного наследия в регионе. Ежегодно Эль-Татио посещают около 100 000 туристов. В 2009 году гейзеры посещали более 400 человек ежедневно, что составляло около 90 процентов всего туристического потока Сан-Педро-де-Атакама, откуда можно добраться до Эль-Татио. Помимо наблюдения за гейзерами, купания в горячих источниках, созерцания природных ландшафтов и посещения окрестных деревень Атакамено с их постройками из самана, в Эль-Татио доступны и другие виды деятельности. Зафиксированы случаи негативного воздействия на окружающую среду, такие как загрязнение и вандализм геотермальных образований. Эль-Татио характеризуется типичными опасностями, свойственными геотермальным зонам. Контакт с горячими газами и водой может привести к ожогам, а внезапные извержения гейзеров и фонтанов, а также непрочная почва над вентиляционными отверстиями и над кипящей водой, скрытой под тонким слоем твердой поверхности, повышают риск для невнимательных путешественников. Расположение объекта на большой высоте часто вызывает горную болезнь, а холодный сухой климат создает дополнительные риски. Правительство Чили рекомендует туристам брать с собой теплую одежду, солнцезащитный крем и минеральную воду. Управлением гейзерами занимаются коренные общины Токонсе и Каспана. В 2002 году Эль-Татио был объявлен "зоной туристического интереса", что подразумевает необходимость разработки местными органами власти плана действий для стимулирования развития туризма. В 2009 году Хосе Антонио Гомес Уррутия, в то время сенатор Чили от региона Антофагаста, предложил объявить Эль-Татио природным заповедником (тип охраняемой территории), и соответствующее парламентское предложение было одобрено в том же году. В 2010 году территория Эль-Татио была объявлена охраняемой территорией площадью около 100 км². В то время точный статус оставался неясным, и региональный секретарь сельского хозяйства предложил рассмотреть возможность создания национального парка. В 2022 году Международный союз геологических наук включил Эль-Татио в список 100 объектов геологического наследия.

El Tatio is a tourism destination, with substantial numbers of travelers both from Chile and other countries. This tourism is an important economic resource for the region, and the site is administered by the local Atacameño population as part of a wider trend of cooperations between native communities and heritage sites in the region. About 100,000 tourists visit El Tatio every year. In 2009, there were more than 400 daily visitors of the geysers, about 90 percent of all tourism of San Pedro de Atacama from where El Tatio can be reached. Aside from viewing the geysers, bathing in the hot water, watching the natural scenery and visiting surrounding Atacameño villages with their adobe buildings are other activities possible at El Tatio. Environmental impacts such as pollution and vandalism of geothermal landforms have been documented. El Tatio displays some typical hazards of geothermal areas. Exposure to the hot gases and water can result in burn injuries, and both sudden eruptions of geysers and fountains and fragile ground above vents and above boiling water, concealed beneath thin covers of solid ground, increase the risk to unwary travelers. The site lies at high altitude, frequently leading to altitude sickness, and the cold dry climate creates further danger. The Chilean government recommends that tourists take warm clothing, sunscreen and mineral water. The indigenous communities of Toconce and Caspana administer the geysers. In 2002, El Tatio was declared part of a "zone of touristic interest"; a classification which implies that local institutions ought to develop an action plan to induce the development of tourism. In 2009, José Antonio Gómez Urrutia, then senator of Chile for the Antofagasta region proposed that El Tatio be declared a natural sanctuary (a type of protected area); the corresponding parliamentary motion was approved in the same year. In 2010, the El Tatio area was declared to be a protected area, with a surface area of It was not clear at that time what the exact status would be, with the regional Secretary of Agriculture proposing that it should become a national park. In 2022, the International Union of Geological Sciences listed it among its 100 heritage sites.