Bevezetés
a hidrotermális folyamatok a forró víz felszín alatti mozgására vonatkoznak. (A ” termosz “hőt, a” hidros ” pedig vizet jelent.) A hőt általában a föld köpenyéből származó magma felemelkedése biztosítja, a víz pedig a felszínről leereszkedő csapadékból származik. Az óceánvíz érintkezhet a magmával is, amely folyamatosan emelkedik a köpenyből, hogy új óceáni kéreget képezzen az óceán közepén lévő gerincek mentén. Két fémet, a kalciumot és a magnéziumot nagy mennyiségben szállítanak hidrotermikus folyamatok a tengerfenéken, és fontosak az óceán és így a légkör szén-dioxid-egyensúlya szempontjából.
történelmi háttér és tudományos alapok
a hidrotermális folyamatok néhány megnyilvánulása a gejzírek, a fumarolok és a forró források. Ezek általában a legutóbbi vulkáni tevékenység régióiban találhatók. Ilyen helyeken a felszíni víz a sziklákon keresztül a magas hőmérsékletű régiókba juthat a föld felszíne alatti magma-tározó közelében. A víz ezután felmelegszik, ezért kevésbé sűrű, és repedéseken és repedéseken keresztül visszatér a felszínre. Az olyan gejzírek, mint az Old Faithful gejzír a wyomingi Yellowstone Nemzeti Parkban, akkor törnek ki, amikor nagy mennyiségű forró víz tölt be egy földalatti üreget, amelynek egy része gőzzé alakul, amely egy erőteljes sugárhajtással távozik a földből.
a Fumarolok gőz és más gázok keverékét bocsátják ki. A hidrogén-szulfid, a fumarolokból általában felszabaduló gázok egyike, kénsavvá és natív kénné oxidálódik a felszínen. Ezek a vegyi anyagok teszik ki a sok termálterületen található élénk színű kőzeteket.
a forró források a felszín alatti vizek természetes kibocsátásai, magas hőmérsékleten. Olyan termikus területeken fordulnak elő, ahol a Föld felszíne keresztezi a talajvizet (a vízzel telített kőzet legfelső szintje). A forró forrás hőmérsékletét és kisülési sebességét az határozza meg, hogy a víz milyen sebességgel kering a forrást ellátó földalatti csatornák rendszerén keresztül, a mélységben szállított hőmennyiséget, valamint azt, hogy a felmelegített vizet a felszín közelében lévő hűvös talajvíz hígítja. A vulkáni területeken található forró források vízhőmérséklete forráspont közelében lehet.
az óceáni gerincek mentén elterjedt hidrotermális aktivitás kémiai kapcsolatot teremt a tengerfenék folyamatai és a légköri szén-dioxid (CO2) között. A hideg fenékvizek a friss gerinc-gerinc bazalt repedésein keresztül több kilométer mélyre is behatolhatnak a tengerfenék alatt. Amint ezt a vizet felmelegítik és kémiailag reakcióba lépnek a mélyebb forró bazalttal 572 Ft (300 Ft) feletti hőmérsékleten, az óceán fenekén lévő forró forrásokon keresztül emelkedik a felszínre. A folyamat során bekövetkező kémiai reakciók magukban foglalják a magnézium és a szulfát eltávolítását, valamint a kalcium, a kálium és számos más elem dúsítását a tengervízben.
a kalcium magnéziumra történő kémiai cseréje különösen fontos, mivel a kalcium az óceánban lévő bikarbonáttal (HCO3–) reakcióba lépve CO2-t képez. Így az egyetlen jelentős folyamat, amely kiegyensúlyozza az óceánvíz kalciumbevitelét, a CO2 felszabadulását eredményezi, amely végül a légkörbe kerül. A kutatók becslése szerint a hidrotermális szellőzőnyílások jelenleg a természetes forrásokból a légkörbe jutó összes CO14-22% – át teszik ki2.
hatások és problémák
az 1980-as években Robert M. Owen és David K. Rea, a Michigani Egyetem munkatársai bizonyítékot találtak arra, hogy a tengerfenék fokozott hidrotermális aktivitása felelős lehet a megnövekedett CO2 légköri szint és az azt követő globális felmelegedés miatt, amely 50 millió évvel ezelőtt történt. A két oceanográfus feltételezte, hogy az eocén korszakban a tektonikus aktivitás (olyan folyamatok, ahol a földkéreg szakaszai érintkeznek egymással) fokozott hidrotermális aktivitást okozott. Ez viszont globális üvegházhatást okozott, amely az antropogén (ember okozta) globális felmelegedés egyetlen történelmi analógja lehet.
a múltbeli hidrotermális aktivitás szintjének meghatározása érdekében Owen és Rea megmérte a vas és a szilícium-dioxid koncentrációját, amely két vegyi anyag gyakran megtalálható a forró forrásvizekben, a Csendes-óceán keleti részén vett üledék-és kőzetmagmintákban. Ezek az adatok, valamint az eocén időszak geológiai adatai, amelyeket más kutatók gyűjtöttek, hatszor nagyobb vasszintet, a szilícium-dioxid szintje pedig akár 20-szor nagyobb, mint a jelenlegi. Ez azt jelezte, hogy az óceánban a hidrotermális folyamatok valóban nagymértékben fokozódtak az eocén alatt.
az Eocént kifejezett éghajlatváltozás jellemezte, amely összehasonlítható azzal, amit a következő évszázadban a világra vetítenek. A hőmérséklet 9 .. F (5 .. C) – vel emelkedett az előző korszak fölé. Az ebből az időszakból származó adatok azt is mutatják, hogy a levegő párás volt, csökkent a légköri keringés, és a pólusoknál erős felmelegedés következett be.
szavak tudni
eocén korszak: geológiai időszak 55,8 millió évvel ezelőtt 33,9 millió évvel ezelőtt. A globális éghajlat az eocén nagy részében sokkal melegebb volt, mint ma, a trópusi körülmények a mai mérsékelt szélességig terjedtek. Az eocén kezdetét a paleocén-eocén termikus Maximum jellemezte, a globális hőmérséklet hirtelen emelkedése, amely csak körülbelül 200 000 évig tartott, ami számos faj kihalását okozta, és utat nyitott a modern emlősök evolúciójának.
FUMAROL: a talajban nyíló vulkanikus gázokat és gőzt bocsát ki. A gáz általában kibocsátott szén-dioxid.
gejzír: forró forrás, amely rendszeresen gőzt és forró vizet permetez a levegőbe. A gejzírhez egy geotermikus hőforrással érintkező út szükséges a vízszint felől.
jura időszak: a geológiai idő egysége 200 millió évvel ezelőttről 145 millió évvel ezelőttre, a populáris kultúrában híres nagy dinoszauruszairól. A globális átlaghőmérséklet és a légköri szén-dioxid-koncentráció egyaránt sokkal magasabb volt a jura időszakban, mint ma.
MAGMA: olvadt kőzet a föld mélyén, amely folyadékokból, gázokból, kőzetek és kristályok részecskéiből áll. A Magma a vulkáni tevékenység alapját képezi, a Föld felszínén pedig lávának hívják.
Csapadék: a felhőkből eső nedvesség. Bár úgy tűnik, hogy a felhők lebegnek az égen, mindig esnek, vízcseppjeiket a gravitáció lassan lehúzza. Mivel a vízcseppek olyan kicsiek és könnyűek, 21 napig tarthat, amíg 1000 láb (305 m) esik, és a széláramok könnyen megszakíthatják leereszkedésüket. A folyékony víz esőként vagy szitálásként esik. Minden esőcsepp só – vagy porrészecskék körül alakul ki. (Ennek a pornak egy része apró meteoritokból, sőt üstökösök farkából származik. Víz vagy jégcseppek tapadnak ezekhez a részecskékhez, majd a cseppek több vizet vonzanak, és egyre nagyobbak lesznek, amíg elég nagyok ahhoz, hogy kiessenek a felhőből. A szitáló cseppek kisebbek, mint az esőcseppek. Sok felhőben az esőcseppek valójában apró jégkristályokként kezdődnek, amelyek akkor alakulnak ki, amikor a felhő egy része vagy egésze fagypont alatt van. Ahogy a jégkristályok a felhő belsejébe esnek, ütközhetnek a rájuk fagyó vízcseppekkel. A jégkristályok tovább nőnek, amíg elég nagyok ahhoz, hogy leesjenek a felhőből. Áthaladnak a meleg levegőn, megolvadnak,és esőcseppként esnek.
tektonikus: A tektonikával kapcsolatban a bolygókorongokat (hegyvonulatok, kontinensek, tengerágyak stb.).
UPWELLING: a víz függőleges mozgása az óceánban, amellyel az alacsonyabb hőmérsékletű és nagyobb sűrűségű felszín alatti víz az óceán felszíne felé mozog. A felemelkedés leggyakrabban a kontinensek nyugati partvidékein fordul elő, de az óceán bármely pontján előfordulhat. A felemelkedés akkor következik be, amikor a kontinentális partvonallal szinte párhuzamosan fújó szél a könnyű felszíni vizet a parttól távol szállítja. A nagyobb sűrűségű és alacsonyabb hőmérsékletű felszín alatti víz helyettesíti a felszíni vizet, és jelentős hatást gyakorol a part menti régiók időjárására. A szén-dioxid átkerül a légkörbe az emelkedő régiókban.
vízszint: föld alatti szint vagy mélység, amely alatt a talaj folyékony vízzel telített. Ahol a vízszint keresztezi a felszínt, víz található (például tavak, források, patakok).
más éghajlatváltozási epizódokat is összekapcsoltak a hidrotermális folyamatokkal. Henrik Svensen et al. (2003) feltételezték, hogy az Atlanti-óceán északi részén, valamint a Dél-afrikai Karoo-medence szárazföldi részén található V Enterpring és M Enterprises medencékben azonosított nagy hidrotermális szellőzőkomplexumok elegendő metánt, egy fontos üvegházhatású gázt bocsáthattak ki a globális éghajlatváltozás és a tömeges kihalások kiváltásához. Az Atlanti-óceán északi részén a múltbeli hidrotermális aktivitás megfelel az eocén idején a globális felmelegedés kezdetének, míg a Karoo-medence hidrotermális aktivitása magyarázhatja az óceán anoxia (oxigénhiány) időszakát a kora jura időszakban. Az ilyen anoxikus események tömeges kihalásokat válthatnak ki, és feltételezik, hogy a globális felmelegedés időszakaiban fordulnak elő. Végül az Antarktisz Ross-tengerében a késő eocén alatt egy hűtési epizódot is összekapcsoltak a hidrotermális rendszerekkel.
Lásd még: szén-dioxid (CO2); geotermikus energia; üvegházhatás; óceánok és tengerek.
bibliográfia
folyóiratok
Dallai, Luigi, et al. “Fosszilis hidrotermális rendszerek, amelyek nyomon követik az eocén éghajlatváltozást az Antarktiszon.”Geológia 29, 10. szám (2001.október): 931-934.
Owen, Robert M. és David K. Rea. “A tengerfenék hidrotermális aktivitása összekapcsolja az éghajlatot a Tektonikával: az eocén szén-dioxid Üvegház.”Tudomány 227, no.4683 (január 11, 1985): 166-169.
Shackleton, Sir Nicholas J. és Anne Boersma. “Az eocén-óceán éghajlata.”A londoni Geológiai Társaság folyóirata 138, 2. szám (1981.április): 153-157.
Svensen, Henrik et al. “A globális éghajlatváltozás az üledékes medencékben található, nagy mennyiségű, tolakodó bazaltos Vulkanizmusból ered: a metán transzport és kitörési mechanizmusok.”Amerikai geofizikai Unió, 2003. őszi Találkozó, absztrakt # V21C-0528, 2003.
Weisburd, S. “meleg források, meleg éghajlat és CO2.”Science News 127 (Március 23, 1985): 20.
weboldalak
“geotermikus energia és hidrotermális tevékenység.”USGS Cascades vulkán Obszervatórium. Május 12, 2005. < http://vulcan.wr.usgs.gov/Glossary/ThermalActivity/description_thermal_activity.html> (hozzáférés: November 4, 2007).
Michele Chapman