Inleiding
hydrothermale processen hebben betrekking op de ondergrondse bewegingen van warm water. (“Thermos” betekent warmte en” hydros ” betekent water. De warmte wordt meestal geleverd door opwellingen van magma uit de aardmantel, en het water komt van neerslag die naar beneden sijpelt van het oppervlak. Oceaanwater kan ook in contact komen met het magma dat continu uit de mantel stijgt om nieuwe oceanische korst te vormen langs de mid-oceanische ruggen. Twee metalen, calcium en magnesium, worden in grote hoeveelheden getransporteerd door hydro-thermische processen op de zeebodem en zijn belangrijk voor de koolstofdioxidebalans van de oceaan en dus van de atmosfeer.
historische achtergrond en wetenschappelijke grondslagen
enkele manifestaties van hydrothermale processen omvatten geisers, fumarolen en warmwaterbronnen. Deze komen meestal voor in gebieden met recente vulkanische activiteit. Op zulke plaatsen kan het oppervlaktewater zich een weg banen door rotsen naar gebieden met hoge temperaturen in de buurt van een magmareservoir Onder het aardoppervlak. Het water wordt dan verwarmd, dus minder dicht, en stijgt terug naar het oppervlak door scheuren en scheuren. Geisers zoals Old Faithful Geyser in Yellowstone National Park in Wyoming barsten uit wanneer een grote hoeveelheid warm water een ondergrondse holte vult, waarvan een deel wordt omgezet in stoom die in een krachtige straal uit de grond ontsnapt.Fumarolen stoten mengsels van stoom en andere gassen uit. Waterstofsulfide, een van de gassen die normaal vrijkomen uit fumarolen, oxideert tot zwavelzuur en inheemse zwavel aan het oppervlak. Deze chemicaliën zijn verantwoordelijk voor de felgekleurde stenen die in veel thermische gebieden worden gevonden.Warmwaterbronnen zijn natuurlijke lozingen van grondwater met hoge temperaturen. Ze komen voor in thermische gebieden waar het aardoppervlak de grondwaterspiegel kruist (het hoogste niveau van met water verzadigd gesteente). De temperatuur en de lossingssnelheid van een warmwaterbron worden bepaald door de snelheid waarmee het water door het systeem van ondergrondse kanalen stroomt die de bron voeden, de hoeveelheid warmte die op diepte wordt geleverd en de mate waarin het verwarmde water wordt verdund door koel grondwater nabij het oppervlak. Hete bronnen in vulkanische gebieden kunnen watertemperaturen hebben in de buurt van koken.
wijdverbreide hydrothermale activiteit langs oceaanranden vormt een chemisch verband tussen de processen op de zeebodem en atmosferische koolstofdioxide (CO2). Koude bodemwater kan doordringen tot diepten van enkele kilometers onder de zeebodem door scheuren in verse NOK-crest basalt. Zodra dit water wordt verwarmd door en chemisch reageert met het diepere hete basalt bij temperaturen boven 300°C, stijgt het naar de oppervlakte via warmwaterbronnen op de oceaanbodem. De chemische reacties die tijdens dit proces optreden omvatten de verwijdering van magnesium en sulfaat en de verrijking van calcium, kalium, en verscheidene andere elementen in het zeewater.
de chemische uitwisseling van calcium tegen magnesium is van bijzonder belang omdat calcium reageert met bicarbonaat (HCO3–) in de oceaan om CO2 te vormen. Het enige significante proces dat de calciuminput in het oceaanwater in evenwicht brengt, resulteert dus in de uitstoot van CO2, die uiteindelijk zijn weg naar de atmosfeer vindt. Onderzoekers schatten dat hydrothermale bronnen momenteel goed zijn voor 14-22% van alle CO2 die uit natuurlijke bronnen in de atmosfeer terechtkomt.
Impacts and Issues
in de jaren tachtig vonden Robert M. Owen en David K. Rea van de Universiteit van Michigan bewijs dat de verhoogde hydrothermale activiteit op de zeebodem verantwoordelijk kan zijn geweest voor een periode van verhoogde CO2 atmosferische niveaus en daaropvolgende opwarming van de aarde die 50 miljoen jaar geleden plaatsvond. De twee oceanografen veronderstelden dat tektonische activiteit (processen waarbij delen van de aardkorst met elkaar in contact komen) tijdens het Eoceen-Tijdperk verhoogde hydrothermale activiteit veroorzaakte. Dit veroorzaakte op zijn beurt een wereldwijd broeikaseffect, dat het enige historische analoog kan zijn aan de antropogene (door de mens veroorzaakte) opwarming van de aarde die momenteel plaatsvindt.
om de niveaus van hydrothermale activiteit in het verleden te bepalen, hebben Owen en Rea de concentraties van ijzer en silica gemeten, twee chemische stoffen die gewoonlijk worden aangetroffen in warmwaterbronnen, in sediment-en steenkernmonsters die in het oostelijke deel van de Stille Oceaan zijn genomen. Deze gegevens, samen met geologische gegevens voor de Eoceen periode verzameld door andere onderzoekers, toonden ijzer niveaus zes keer hoger en silica niveaus tot 20 keer hoger dan de huidige. Dit wees erop dat hydrothermale processen in de oceaan inderdaad sterk werden versterkt tijdens het Eoceen.
het Eoceen werd gekenmerkt door een uitgesproken klimaatverandering die vergelijkbaar is met wat voor de wereld in de volgende eeuw wordt verwacht. De temperatuur steeg 9 ° F (5°C) boven die van de vorige periode. Gegevens uit die periode tonen ook aan dat de lucht vochtig was, er verminderde atmosferische circulatie was, en een versterkte opwarming plaatsvond op de Polen.
WORDS to KNOW
Eoceen tijdvak: geologische periode van 55,8 miljoen jaar geleden tot 33,9 miljoen jaar geleden. Het klimaat op aarde was veel warmer dan vandaag tijdens het grootste deel van het Eoceen, met tropische omstandigheden die zich uitstrekken tot in de huidige gematigde breedtegraad. Het begin van het Eoceen werd gekenmerkt door het Paleoceen-Eoceen Thermal Maximum, een plotselinge stijging van de wereldwijde temperatuur die slechts ongeveer 200.000 jaar duurde, die het uitsterven van vele soorten veroorzaakte en de weg vrijmaakte voor de evolutie van moderne zoogdieren.
FUMAROLE: Opening in de grond die vulkanische gassen en stoom uitzendt. Een gas dat gewoonlijk wordt uitgestoten is kooldioxide.
geiser: warmwaterbron die periodiek stoom en warm water in de lucht sproeit. Een geiser vereist een route van de grondwaterspiegel in contact met een geothermische warmtebron.JURASSIC PERIOD: Unit of geological time from 200 million years ago to 145 million years ago, famous in popular culture for its large dinosaurs. De gemiddelde temperatuur en de concentratie van koolstofdioxide in de atmosfeer waren in het Jura veel hoger dan nu.
MAGMA: gesmolten gesteente diep in de aarde dat bestaat uit vloeistoffen, gassen en deeltjes van rotsen en kristallen. Magma ligt ten grondslag aan gebieden van vulkanische activiteit en aan het aardoppervlak heet lava.
neerslag: vocht dat uit de wolken valt. Hoewel wolken lijken te zweven in de lucht, vallen ze altijd, hun waterdruppels worden langzaam naar beneden getrokken door de zwaartekracht. Omdat de waterdruppels zo klein en licht zijn, kan het 21 dagen duren om 305 meter te vallen en kunnen de windstromingen hun afdaling gemakkelijk onderbreken. Vloeibaar water valt als regen of motregen. Alle regendruppels vormen zich rond deeltjes zout of stof. (Een deel van dit stof komt van kleine meteorieten en zelfs de staarten van kometen. Water of ijsdruppels plakken aan deze deeltjes, dan trekken de druppels meer water aan en blijven groter worden totdat ze groot genoeg zijn om uit de wolk te vallen. Motregendruppels zijn kleiner dan regendruppels. In veel wolken beginnen regendruppels eigenlijk als kleine ijskristallen die zich vormen wanneer een deel of het geheel van een wolk Onder het vriespunt ligt. Als de ijskristallen in de wolk vallen, kunnen ze botsen met waterdruppels die op hen bevriezen. De ijskristallen blijven groter worden, tot ze groot genoeg zijn om uit de wolk te vallen. Ze gaan door warme lucht, smelten en vallen als regendruppels.
tektonisch: Met betrekking tot tektoniek, De wetenschappelijke studie van de krachten die planetaire korsten vormen (bergketens, continenten, zeebodems, enz.).
UPWELLING: de verticale beweging van water in de oceaan waardoor ondergronds water met een lagere temperatuur en een grotere dichtheid naar het oppervlak van de oceaan beweegt. Upwelling komt het meest voor aan de westelijke kusten van continenten, maar kan overal in de oceaan voorkomen. Upwelling resulteert wanneer wind waait bijna parallel aan een continentale kust transporteren het licht oppervlaktewater uit de buurt van de kust. Ondergronds water met een grotere dichtheid en een lagere temperatuur vervangt het oppervlaktewater en oefent een aanzienlijke invloed uit op het weer in kustgebieden. Kooldioxide wordt overgebracht naar de atmosfeer in regio ‘ s van upwelling.
grondwaterspiegel: ondergronds niveau of diepte waaronder de grond verzadigd is met vloeibaar water. Waar de grondwaterspiegel het oppervlak kruist, wordt water gevonden (bijvoorbeeld meren, bronnen, beken).
andere episodes van klimaatverandering zijn ook in verband gebracht met hydrothermale processen. Henrik Svensen et al. (2003) hebben de hypothese dat grote hydrothermale ventilatiecomplexen geïdentificeerd in de vøring en Møre bekkens in de noordelijke Atlantische Oceaan en onshore in het Karoo basin in Zuid-Afrika mogelijk genoeg methaan hebben vrijgegeven, een belangrijk broeikasgas, om wereldwijde klimaatverandering en massa-uitstervingen te veroorzaken. Eerdere hydrothermale activiteit in de noordelijke Atlantische Oceaan komt overeen met het begin van de opwarming van de aarde tijdens het Eoceen, terwijl hydrothermale activiteit in het Karoo bekken een periode van oceaananoxie (gebrek aan zuurstof) tijdens het vroege Jura periode kan verklaren. Anoxische gebeurtenissen zoals dit kunnen massa-uitstervingen hebben neergeslagen en worden verondersteld voor te komen tijdens perioden van opwarming van de aarde. Ten slotte is er ook een afkoeling tijdens het late Eoceen in de Rosszee van Antarctica in verband gebracht met hydrothermale systemen.
zie ook kooldioxide (CO2); geothermische energie; broeikaseffect; oceanen en zeeën.
bibliografie
periodieken
Dallai, Luigi, et al. “Fossil Hydrothermal Systems Tracking Eoceen Climate Change in Antarctica.”Geology 29, No. 10 (oktober 2001): 931-934.
Owen, Robert M. en David K. Rea. “Sea-Floor Hydrothermal Activity Links Climate to Tectonics: The Eoceen Carbon Dioxide Greenhouse.”Science 227, no. 4683 (January 11, 1985): 166-169.Shackleton, Sir Nicholas J., and Anne Boersma. “The Climate of the Eoceen Ocean.”Journal of the Geological Society London 138, no. 2 (April 1981): 153-157.
Svensen, Henrik, et al. “Global Climate Change Resulting from volumineus Intrusive Basaltic Vulkanism in Sedimentary bekkens: The methaan Transport and Eruption Mechanisms.”American Geophysical Union, Fall Meeting 2003, abstract # V21C-0528, 2003.
Weisburd, S. ” Hot Springs, Warm Climate and CO2.”Science News 127 (23 Maart 1985): 20.
websites
” geothermische energie en Hydrothermische activiteit.”USGS Cascades Volcano Observatory. 12 mei 2005. <http://vulcan.wr.usgs.gov/Glossary/ThermalActivity/description_thermal_activity.html> (geraadpleegd op 4 November 2007).
Michele Chapman