Introducción
Los procesos hidrotermales se refieren a los movimientos subterráneos de agua caliente. («Termo» significa calor y «hydros» significa agua.) El calor es generalmente suministrado por surgencias de magma del manto de la Tierra, y el agua proviene de la precipitación que se filtra desde la superficie. El agua del océano también puede entrar en contacto con el magma que se eleva continuamente desde el manto para formar una nueva corteza oceánica a lo largo de las crestas medias del océano. Dos metales, el calcio y el magnesio, son transportados en grandes cantidades por procesos hidrotermales en el fondo marino y son importantes para el equilibrio de dióxido de carbono del océano y, por lo tanto, de la atmósfera.
Antecedentes históricos y Fundamentos científicos
Algunas manifestaciones de los procesos hidrotermales incluyen géiseres, fumarolas y aguas termales. Estos se encuentran generalmente en regiones de actividad volcánica reciente. En tales lugares, el agua superficial puede abrirse camino a través de rocas hasta regiones de alta temperatura cerca de un reservorio de magma debajo de la superficie de la Tierra. El agua se calienta, por lo tanto, menos densa, y vuelve a la superficie a través de fisuras y grietas. Géiseres como Old Faithful Geyser en el Parque Nacional de Yellowstone en Wyoming estallan cuando una gran cantidad de agua caliente llena una cavidad subterránea, una parte de la cual se transforma en vapor que se escapa en un poderoso chorro fuera del suelo.
Las fumarolas emiten mezclas de vapor y otros gases. El sulfuro de hidrógeno, uno de los gases que normalmente se liberan de las fumarolas, se oxida a ácido sulfúrico y azufre nativo en la superficie. Estos químicos son responsables de las rocas de colores brillantes que se encuentran en muchas áreas térmicas.
Las aguas termales son descargas naturales de aguas subterráneas con temperaturas elevadas. Ocurren en áreas térmicas donde la superficie de la Tierra se cruza con la capa freática (el nivel más alto de roca saturada de agua). La temperatura y la velocidad de descarga de un manantial caliente se determinan por la velocidad a la que el agua circula a través del sistema de canales subterráneos que suministran el manantial, la cantidad de calor suministrada en profundidad y la cantidad de agua caliente diluida por el agua subterránea fría cerca de la superficie. Las aguas termales que se encuentran en áreas volcánicas pueden tener temperaturas del agua cercanas al punto de ebullición.
La amplia actividad hidrotermal a lo largo de las crestas oceánicas proporciona un vínculo químico entre los procesos del fondo marino y el dióxido de carbono atmosférico (CO2). Las aguas frías del fondo pueden penetrar a profundidades de varios kilómetros por debajo del fondo marino a través de grietas en basalto fresco de cresta de cresta. Una vez que esta agua se calienta y reacciona químicamente con el basalto caliente más profundo a temperaturas superiores a los 300°C (572°F), sube a la superficie a través de las aguas termales en el fondo del océano. Las reacciones químicas que ocurren durante este proceso incluyen la eliminación de magnesio y sulfato y el enriquecimiento de calcio, potasio y varios otros elementos en el agua de mar.
El intercambio químico de calcio por magnesio es de particular importancia porque el calcio reacciona con el bicarbonato (HCO3–) en el océano para formar CO2. Por lo tanto, el único proceso significativo que equilibra los aportes de calcio al agua del océano da como resultado la liberación de CO2, que finalmente encuentra su camino a la atmósfera. Los investigadores estiman que los respiraderos hidrotérmicos representan actualmente del 14 al 22% de todo el CO2 que entra a la atmósfera desde fuentes naturales.
Impactos y problemas
En el decenio de 1980, Robert M. Owen y David K. Rea, de la Universidad de Michigan, encontraron pruebas de que el aumento de la actividad hidrotermal en el fondo marino puede haber sido responsable de un período de aumento de los niveles atmosféricos de CO2 y el consiguiente calentamiento de la Atmósfera que se produjo hace 50 millones de años. Los dos oceanógrafos plantearon la hipótesis de que la actividad tectónica (procesos en los que secciones de la corteza terrestre entran en contacto entre sí) durante la época del Eoceno causó una mayor actividad hidrotermal. Esto, a su vez, causó un efecto invernadero global, que puede proporcionar el único análogo histórico al calentamiento global antropogénico (causado por el hombre) que se está produciendo actualmente.
Para determinar los niveles de actividad hidrotermal en el pasado, Owen y Rea midieron las concentraciones de hierro y sílice, dos sustancias químicas que se encuentran comúnmente en aguas termales, en muestras de sedimentos y núcleos de roca tomadas en el Pacífico Oriental. Estos datos, junto con los datos geológicos para el período Eoceno recopilados por otros investigadores, mostraron niveles de hierro seis veces mayores y niveles de sílice hasta 20 veces mayores que los actuales. Esto indicaba que los procesos hidrotermales en el océano se intensificaron en gran medida durante el Eoceno.
El Eoceno estuvo marcado por un cambio climático pronunciado comparable a lo que se proyecta para el mundo en el próximo siglo. La temperatura aumentó 9 ° F (5°C) por encima de la de la época anterior. Los datos de ese período también muestran que el aire era húmedo, había una circulación atmosférica reducida y se produjo un calentamiento amplificado en los polos.
PALABRAS PARA SABER
ÉPOCA DEL EOCENO: Período geológico de hace 55,8 millones de años a hace 33,9 millones de años. El clima global fue mucho más cálido que hoy durante la mayor parte del Eoceno, con condiciones tropicales que se extendían hasta la latitud templada actual. El comienzo del Eoceno estuvo marcado por el Máximo Térmico Paleoceno-Eoceno, un aumento repentino de la temperatura global que duró solo unos 200.000 años que causó la extinción de muchas especies y abrió el camino para la evolución de los mamíferos modernos.
FUMAROLA: Abertura en el suelo que emite gases volcánicos y vapor. Un gas comúnmente emitido es el dióxido de carbono.
GÉISER: Fuente termal que rocía periódicamente vapor y agua caliente en el aire. Un géiser requiere una vía desde la capa freática en contacto con una fuente de calor geotérmica.
PERÍODO JURÁSICO: Unidad de tiempo geológico de hace 200 millones de años a hace 145 millones de años, famoso en la cultura popular por sus grandes dinosaurios. La temperatura promedio global y las concentraciones atmosféricas de dióxido de carbono fueron mucho más altas durante el Jurásico que hoy en día.
MAGMA: Roca fundida en las profundidades de la Tierra que consiste en líquidos, gases y partículas de rocas y cristales. El magma subyace a las áreas de actividad volcánica y en la superficie de la Tierra se llama lava.
PRECIPITACIÓN: Humedad que cae de las nubes. Aunque las nubes parecen flotar en el cielo, siempre están cayendo, y sus gotas de agua son arrastradas lentamente por la gravedad. Debido a que las gotas de agua son tan pequeñas y livianas, puede tomar 21 días caer 305 m (1,000 pies) y las corrientes de viento pueden interrumpir fácilmente su descenso. El agua líquida cae como lluvia o llovizna. Todas las gotas de lluvia se forman alrededor de partículas de sal o polvo. (Parte de este polvo proviene de pequeños meteoritos e incluso de las colas de cometas.) Las gotas de agua o hielo se adhieren a estas partículas, luego las gotas atraen más agua y continúan creciendo hasta que son lo suficientemente grandes como para caerse de la nube. Las gotas de llovizna son más pequeñas que las gotas de lluvia. En muchas nubes, las gotas de lluvia en realidad comienzan como pequeños cristales de hielo que se forman cuando una parte o la totalidad de una nube está bajo cero. A medida que los cristales de hielo caen dentro de la nube, pueden chocar con gotas de agua que se congelan sobre ellos. Los cristales de hielo continúan creciendo, hasta que son lo suficientemente grandes como para caer de la nube. Pasan a través del aire caliente, se derriten y caen como gotas de lluvia.
TECTÓNICA: En relación con la tectónica, el estudio científico de las fuerzas que dan forma a las costras planetarias (cordilleras, continentes, fondos marinos, etc.).).
SURGENCIA: El movimiento vertical del agua en el océano por el cual el agua subterránea de menor temperatura y mayor densidad se mueve hacia la superficie del océano. El afloramiento ocurre con mayor frecuencia entre las costas occidentales de los continentes, pero puede ocurrir en cualquier parte del océano. La surgencia se produce cuando los vientos que soplan casi paralelos a una costa continental transportan el agua superficial ligera lejos de la costa. El agua subterránea de mayor densidad y menor temperatura reemplaza al agua superficial y ejerce una influencia considerable en el clima de las regiones costeras. El dióxido de carbono se transfiere a la atmósfera en las regiones de surgencia.
NIVEL FREÁTICO: Nivel subterráneo o profundidad por debajo de la cual el suelo está saturado de agua líquida. Donde la capa freática se cruza con la superficie, se encuentra agua (por ejemplo, lagos, manantiales, arroyos).
Otros episodios de cambio climático también se han relacionado con procesos hidrotermales. Henrik Svensen et al. (2003) han planteado la hipótesis de que los grandes complejos de respiraderos hidrotermales identificados en las cuencas de Vøring y Møre en el Atlántico norte y en tierra firme en la cuenca de Karoo en Sudáfrica pueden haber liberado suficiente metano, un importante gas de efecto invernadero, para desencadenar el cambio climático mundial y extinciones en masa. La actividad hidrotermal pasada en el Atlántico norte corresponde al inicio del calentamiento global durante el Eoceno, mientras que la actividad hidrotermal en la cuenca del Karoo puede explicar un período de anoxia oceánica (falta de oxígeno) durante el Período Jurásico temprano. Eventos anóxicos como este pueden haber precipitado extinciones en masa y se supone que ocurren durante períodos de calentamiento global. Por último, un episodio de enfriamiento durante el Eoceno tardío en el Mar de Ross de la Antártida también se ha relacionado con sistemas hidrotermales.
Véase También Dióxido de Carbono (CO2); Energía Geotérmica; Efecto Invernadero; Océanos y Mares.
BIBLIOGRAFÍA
Publicaciones periódicas
Dallai, Luigi, et al. «Fossil Hydrothermal Systems Tracking Eocene Climate Change in Antarctica.»Geology 29, no. 10 (octubre de 2001): 931-934.
Owen, Robert M., y David K. Rea. «Sea-Floor Hydrothermal Activity Links Climate to Tectonics: The Eocene Carbon Dioxide Greenhouse.»Science 227, no. 4683( 11 de enero de 1985): 166-169.
Shackleton, Sir Nicholas J., and Anne Boersma. «The Climate of the Eocene Ocean.»Journal of the Geological Society London 138, no. 2 (abril de 1981): 153-157.
Svensen, Henrik, et al. «Global Climate Change Resulting from Voluminous Intrusive Basaltic Volcanism in Sedimentary Basins: The Methane Transport and Eruption Mechanisms.»American Geophysical Union, Fall Meeting 2003, abstract # V21C-0528, 2003.
Weisburd, S. » Aguas termales, Clima cálido y CO2.»Science News 127 (23 de marzo de 1985): 20.
Sitios Web
» Energía Geotérmica y Actividad Hidrotermal.»USGS Cascades Volcano Observatory. 12 de mayo de 2005. < http://vulcan.wr.usgs.gov/Glossary/ThermalActivity/description_thermal_activity.html> (consultado el 4 de noviembre de 2007).
Michele Chapman