wprowadzenie
procesy hydrotermalne dotyczą podpowierzchniowych ruchów gorącej wody. („Termos” oznacza ciepło, a „hydros” oznacza wodę.) Ciepło jest zwykle dostarczane przez upwellings magmy z płaszcza Ziemi, a woda pochodzi z opadów, które percolates w dół z powierzchni. Woda oceaniczna może również wejść w kontakt z magmą, która stale podnosi się z płaszcza, tworząc nową skorupę oceaniczną wzdłuż grzbietów śródoceanicznych. Dwa metale, wapń i magnez, są transportowane w dużych ilościach przez procesy hydrotermiczne na dnie morza i są ważne dla bilansu dwutlenku węgla w oceanie, a tym samym w atmosferze.
tło historyczne i podstawy naukowe
niektóre przejawy procesów hydrotermalnych obejmują gejzery, fumarole i gorące źródła. Występują one zazwyczaj w rejonach niedawnej aktywności wulkanicznej. W takich miejscach wody powierzchniowe mogą spływać przez skały do regionów o wysokiej temperaturze w pobliżu zbiornika magmy pod powierzchnią ziemi. Woda następnie ogrzewa się, a zatem jest mniej gęsta i unosi się z powrotem na powierzchnię przez szczeliny i pęknięcia. Gejzery takie jak Old Faithful Geyser w Parku Narodowym Yellowstone w Wyoming wybuchają, gdy duża ilość gorącej wody wypełnia podziemną jamę, której część przekształca się w parę, która ucieka potężnym strumieniem z ziemi.
Fumarole emitują mieszaniny pary i innych gazów. Siarkowodór, jeden z gazów normalnie uwalnianych z fumaroli, utlenia się do kwasu siarkowego i natywnej siarki na powierzchni. Te chemikalia odpowiadają za jaskrawo zabarwione skały znajdujące się w wielu obszarach termicznych.
gorące źródła to naturalne zrzuty wód gruntowych o podwyższonej temperaturze. Występują one w obszarach termalnych, gdzie powierzchnia Ziemi przecina zwierciadło wody (najwyższy poziom skały nasyconej wodą). Temperatura i szybkość zrzutu gorącego źródła są określane przez szybkość, z jaką woda krąży przez system podziemnych kanałów zasilających sprężynę, ilość ciepła dostarczanego na głębokości i ile ogrzewana woda jest rozcieńczana przez chłodne wody gruntowe w pobliżu powierzchni. Gorące źródła występujące na terenach wulkanicznych mogą mieć temperaturę wody zbliżoną do wrzenia.
powszechna aktywność hydrotermalna wzdłuż grzbietów oceanicznych zapewnia związek chemiczny między procesami na dnie morza a atmosferycznym dwutlenkiem węgla (CO2). Zimne wody denne mogą przenikać do głębokości kilku kilometrów poniżej dna morskiego przez pęknięcia w świeżym bazalcie grzbietowym. Gdy woda ta jest podgrzewana i reaguje chemicznie z głębszym gorącym bazaltem w temperaturze powyżej 300°C (572°F), unosi się na powierzchnię przez gorące źródła na dnie oceanu. Reakcje chemiczne zachodzące podczas tego procesu obejmują usuwanie magnezu i siarczanu oraz wzbogacanie wapnia, potasu i kilku innych pierwiastków w wodzie morskiej.
chemiczna wymiana wapnia na magnez ma szczególne znaczenie, ponieważ wapń reaguje z wodorowęglanem (HCO3–) w oceanie, tworząc CO2. Tak więc jedyny znaczący proces, który równoważy dopływ wapnia do wody oceanicznej, powoduje uwalnianie CO2, który ostatecznie trafia do atmosfery. Naukowcy szacują, że hydrotermalne otwory wentylacyjne stanowią obecnie 14-22% całego CO2 wchodzącego do atmosfery ze źródeł naturalnych.
skutki i problemy
w 1980 roku Robert M. Owen i David K. Rea z University of Michigan znaleźli dowody na to, że zwiększona aktywność hydrotermalna na dnie morza mogła być odpowiedzialna za okres zwiększonego CO2 poziomy atmosferyczne i późniejsze globalne ocieplenie, które miało miejsce 50 milionów lat temu. Obaj oceanografowie wysunęli hipotezę, że aktywność tektoniczna (procesy, w których odcinki skorupy ziemskiej stykają się ze sobą) w epoce eocenu spowodowała wzmożoną aktywność hydrotermalną. To z kolei spowodowało globalny efekt cieplarniany, który może stanowić jedyny historyczny analogia do antropogenicznego (spowodowanego przez człowieka) globalnego ocieplenia obecnie występującego.
w celu określenia poziomów aktywności hydrotermalnej w przeszłości, Owen i Rea zmierzyli stężenia żelaza i krzemionki, dwóch substancji chemicznych powszechnie występujących w gorących wodach źródlanych, w próbkach osadów i rdzeni skalnych pobranych we wschodnim Pacyfiku. Dane te, wraz z danymi geologicznymi dla okresu eocenu zebranymi przez innych badaczy, wykazały poziom żelaza sześciokrotnie większy, a krzemionki nawet 20 razy większy od obecnych. Wskazuje to na to, że procesy hydrotermalne w oceanie były rzeczywiście znacznie nasilone w eocenie.
eocen był naznaczony wyraźną zmianą klimatu porównywalną do tego, co przewiduje się na świecie w następnym stuleciu. Temperatura wzrosła o 9°F (5°C) powyżej poprzedniej epoki. Dane z tego okresu pokazują również, że powietrze było wilgotne, zmniejszyła się cyrkulacja atmosferyczna, a na biegunach wystąpiło wzmożone ocieplenie.
words to KNOW
Epoka eocenu: okres geologiczny od 55,8 mln lat temu do 33,9 mln lat temu. Globalny klimat był znacznie cieplejszy niż dzisiaj przez większość eocenu, z warunkami tropikalnymi rozciągającymi się aż do dzisiejszej umiarkowanej szerokości geograficznej. Początek eocenu oznaczał Paleoceńsko-Eoceńskie maksimum termiczne, nagły wzrost globalnej temperatury trwający zaledwie około 200 000 lat, który spowodował wymarcie wielu gatunków i utorował drogę ewolucji współczesnych ssaków.
FUMAROLE: otwarcie w ziemi, które emituje gazy wulkaniczne i parę wodną. Gazem powszechnie emitowanym jest dwutlenek węgla.
gejzer: Gorące źródło, które okresowo rozpyla parę i gorącą wodę do powietrza. Gejzer wymaga drogi od zwierciadła wody w kontakcie z geotermalnym źródłem ciepła.
okres Jurajski: jednostka czasu geologicznego od 200 milionów lat temu do 145 milionów lat temu, znana w kulturze popularnej z dużych dinozaurów. Średnia globalna temperatura i atmosferyczne stężenia dwutlenku węgla były znacznie wyższe podczas Jury niż dzisiaj.
MAGMA: stopiona skała głęboko w ziemi, która składa się z cieczy, gazów i cząstek skał i kryształów. Magma leży u podstaw aktywności wulkanicznej, a na powierzchni Ziemi nazywana jest lawą.
opady: wilgoć, która spada z chmur. Chociaż chmury wydają się unosić na niebie, zawsze spadają, a ich krople wody powoli są ściągane przez grawitację. Ponieważ krople wody są tak małe i lekkie, upaść na wysokość 305 m Może potrwać 21 dni, a prądy wiatrowe mogą łatwo przerwać ich opadanie. Płynna woda spada jako deszcz lub mżawka. Wszystkie krople deszczu tworzą się wokół cząsteczek soli lub pyłu. (CzÄ ™ Ĺ „Ä ‡ tego pyĹ’ u pochodzi z malutkich meteorytăłw, a nawet ogonăłw komet.) Krople wody lub lodu przyklejają się do tych cząstek, a następnie krople przyciągają więcej wody i nadal stają się większe, aż będą wystarczająco duże, aby wypaść z chmury. Krople mżawki są mniejsze niż krople deszczu. W wielu chmurach krople deszczu zaczynają się jako małe kryształki lodu, które tworzą się, gdy część lub całość chmury znajduje się poniżej zamarznięcia. Gdy kryształy lodu spadają wewnątrz chmury, mogą zderzyć się z kropelkami wody, które zamarzają na nich. Kryształy lodu rosną coraz większe, aż do momentu, gdy spadną z chmury. Przechodzą przez ciepłe powietrze, topią się i opadają jak krople deszczu.
tektoniczny: Związane z tektoniką, naukowe badanie sił kształtujących skorupy planetarne (pasma górskie, kontynenty, DNA morskie itp.).
UPWELLING: pionowy ruch wody w oceanie, dzięki któremu woda podpowierzchniowa o niższej temperaturze i większej gęstości porusza się w kierunku powierzchni oceanu. Upwelling występuje najczęściej wśród zachodnich wybrzeży kontynentów, ale może wystąpić w dowolnym miejscu Oceanu. Upwelling powoduje, że wiatry wiejące prawie równolegle do wybrzeża kontynentalnego przenoszą lekką wodę powierzchniową z dala od wybrzeża. Wody powierzchniowe o większej gęstości i niższej temperaturze zastępują wody powierzchniowe i wywierają znaczny wpływ na pogodę regionów przybrzeżnych. Dwutlenek węgla jest przenoszony do atmosfery w rejonach upwellingu.
poziom wody: poziom podziemny lub głębokość, poniżej której ziemia jest nasycona ciekłą wodą. Tam, gdzie zwierciadło wody przecina powierzchnię, znajduje się woda (np. jeziora, źródła, strumienie).
Inne epizody zmian klimatu są również związane z procesami hydrotermalnymi. Henrik Svensen et al. (2003) postawili hipotezę, że duże kompleksy hydrotermalne wentylacyjne zidentyfikowane w dorzeczach Vøring i Møre na północnym Atlantyku i na lądzie w basenie Karoo w Republice Południowej Afryki mogły uwolnić wystarczającą ilość metanu, ważnego gazu cieplarnianego, aby wywołać globalne zmiany klimatu i masowe wymieranie. Poprzednia aktywność hydrotermalna w północnym Atlantyku odpowiada początkowi globalnego ocieplenia w eocenie, podczas gdy aktywność hydrotermalna w basenie Karoo może tłumaczyć okres anoksji oceanicznej (brak tlenu) we wczesnym okresie jurajskim. Zdarzenia beztlenowe, takie jak ten, mogą spowodować masowe wymieranie i są hipotezy, że wystąpią w okresach globalnego ocieplenia. Wreszcie, Epizod chłodzenia w późnym eocenie w Morzu Rossa na Antarktydzie został również połączony z systemami hydrotermalnymi.
Zobacz też: dwutlenek węgla (CO2); Energia geotermalna; efekt cieplarniany; oceany i Morza.
Bibliografia
czasopisma
„Fossil Hydrotermal Systems Tracking Eocene Climate Change in Antarctica.”Geology 29, no. 10 (October 2001): 931-934.
Owen, Robert M., oraz David K. Rea. „Aktywność Hydrotermalna dna morskiego łączy klimat z tektoniką: Eoceńska szklarnia dwutlenku węgla.”Science 227, no. 4683 (January 11, 1985): 166-169.
Shackleton, Sir Nicholas J., and Anne Boersma. „Klimat Oceanu Eoceńskiego.”Journal of the Geological Society London 138, no. 2 (April 1981): 153-157.
„Global Climate Change Resulting from Voluminous Intrusive Basaltic Volcanizm in Sedimentary Basins: The Methane Transport and Eruption Mechanisms.”American Geophysical Union, Fall Meeting 2003, abstract #V21C-0528, 2003.
Weisburd, S. „gorące źródła, ciepły klimat i CO2.”Wiadomości Naukowe 127 (23 Marca 1985): 20.
strony internetowe
” Energia geotermalna i aktywność Hydrotermalna.”USGS Cascades Volcano Observatory. / / / 12 maja 2005 <http://vulcan.wr.usgs.gov/Glossary/ThermalActivity/description_thermal_activity.html>. [dostęp 4 listopada 2007].
Michele Chapman