Introducere
procesele hidrotermale privesc mișcările subterane ale apei calde. („Termos „înseamnă căldură și” hidros ” înseamnă apă.) Căldura este de obicei furnizată de ascensiuni de magmă din mantaua Pământului, iar apa provine din precipitații care se percolează de la suprafață. Apa oceanului poate intra, de asemenea, în contact cu magma care se ridică continuu din manta pentru a forma o nouă crustă oceanică de-a lungul crestelor din mijlocul oceanului. Două metale, calciu și magneziu, sunt transportate în cantități mari prin procese hidro-termice la fundul mării și sunt importante pentru echilibrul dioxidului de carbon al oceanului și, prin urmare, al atmosferei.
istoric și fundații științifice
unele manifestări ale proceselor hidrotermale includ gheizere, fumarole și izvoare termale. Acestea se găsesc în general în regiunile cu activitate vulcanică recentă. În astfel de locații, apa de suprafață își poate croi drum prin roci către regiuni cu temperaturi ridicate lângă un rezervor de magmă sub suprafața Pământului. Apa devine apoi încălzită, deci mai puțin densă și se ridică înapoi la suprafață prin fisuri și fisuri. Gheizerele, cum ar fi gheizerul Old Faithful din Parcul Național Yellowstone din Wyoming, erup atunci când o cantitate mare de apă caldă umple o cavitate subterană, o porțiune din care este transformată în abur care scapă într-un jet puternic din pământ.
Fumarolele emit amestecuri de abur și alte gaze. Hidrogenul sulfurat, unul dintre gazele eliberate în mod normal din fumarole, se oxidează la acid sulfuric și sulf nativ la suprafață. Aceste substanțe chimice reprezintă rocile viu colorate găsite în multe zone termice.
izvoarele termale sunt deversări naturale ale apelor subterane cu temperaturi ridicate. Ele apar în zonele termale în care suprafața Pământului intersectează pânza freatică (nivelul superior al rocii saturate cu apă). Temperatura și viteza de descărcare a unui izvor fierbinte sunt determinate de viteza cu care apa circulă prin sistemul de canale subterane care alimentează arcul, cantitatea de căldură furnizată la adâncime și cât de mult apa încălzită este diluată de apele subterane reci din apropierea suprafeței. Izvoarele termale găsite în zonele vulcanice pot avea temperaturi ale apei Aproape de fierbere.
activitatea hidrotermală răspândită de-a lungul crestelor oceanice oferă o legătură chimică între procesele de pe fundul mării și dioxidul de carbon atmosferic (CO2). Apele reci de fund pot pătrunde până la adâncimi de câțiva kilometri sub fundul mării prin fisuri în bazalt proaspăt de creastă. Odată ce această apă este încălzită de și reacționează chimic cu bazaltul fierbinte mai adânc la temperaturi de peste 572 CTF (300 C), se ridică la suprafață prin izvoarele termale de pe fundul oceanului. Reacțiile chimice care apar în timpul acestui proces includ îndepărtarea magneziului și a sulfatului și îmbogățirea calciului, potasiului și a altor elemente din apa de mare.
schimbul chimic de calciu pentru magneziu are o importanță deosebită, deoarece calciul reacționează cu bicarbonatul (HCO3–) din ocean pentru a forma CO2. Astfel, singurul proces semnificativ care echilibrează intrările de calciu în apa oceanului are ca rezultat eliberarea de CO2, care în cele din urmă își găsește drumul în atmosferă. Cercetătorii estimează că orificiile hidrotermale reprezintă în prezent 14-22% din totalul CO2 care intră în atmosferă din surse naturale.
impacturi și probleme
în anii 1980, Robert M. Owen și David K. Rea de la Universitatea din Michigan au găsit dovezi că creșterea activității hidrotermale pe fundul mării ar fi putut fi responsabilă pentru o perioadă de creștere a nivelului atmosferic de CO2 și încălzirea globală ulterioară care a avut loc acum 50 de milioane de ani. Cei doi oceanografi au emis ipoteza că activitatea tectonică (procese în care secțiuni ale scoarței terestre intră în contact între ele) în timpul Eocenului Epoca a provocat o activitate hidrotermală sporită. Acest lucru, la rândul său, a provocat un efect de seră global, care poate oferi singurul analog istoric al încălzirii globale antropice (cauzate de om) care are loc în prezent.
pentru a determina nivelurile activității hidrotermale anterioare, Owen și Rea au măsurat concentrațiile de fier și silice, două substanțe chimice întâlnite în mod obișnuit în apele de izvor fierbinte, în sedimente și în probele de miez de rocă prelevate în Pacificul de Est. Aceste date, împreună cu datele geologice pentru perioada Eocenului colectate de alți cercetători, au arătat niveluri de fier de șase ori mai mari și niveluri de silice de până la 20 de ori mai mari decât cele prezente. Acest lucru a indicat faptul că procesele hidrotermale din ocean au fost într-adevăr foarte accentuate în timpul Eocenului.
Eocenul a fost marcat de o schimbare climatică pronunțată comparabilă cu ceea ce este proiectat pentru lume în secolul următor. Temperatura a crescut cu 9 CTF (5 CTF) peste cea din epoca precedentă. Datele din acea perioadă arată, de asemenea, că aerul era umed, circulația atmosferică a fost redusă și o încălzire amplificată a avut loc la poli.
cuvinte de știut
Epoca Eocenului: perioadă geologică de acum 55,8 milioane de ani până acum 33,9 milioane de ani. Clima globală a fost mult mai caldă decât astăzi în cea mai mare parte a Eocenului, condițiile tropicale extinzându-se până la latitudinea temperată de astăzi. Începutul Eocenului a fost marcat de maximul termic Paleocen-Eocen, o creștere bruscă a temperaturii globale care a durat doar aproximativ 200.000 de ani, care a provocat dispariția multor specii și a deschis calea evoluției mamiferelor moderne.
FUMAROL: deschidere în sol care emite gaze vulcanice și abur. Un gaz emis în mod obișnuit este dioxidul de carbon.
gheizer: izvor fierbinte care pulverizează periodic abur și apă caldă în aer. Un gheizer necesită o cale de la pânza freatică în contact cu o sursă de căldură geotermală.
perioada jurasică: unitate de timp geologică de acum 200 de milioane de ani până acum 145 de milioane de ani, renumită în cultura populară pentru dinozaurii săi mari. Temperatura medie globală și concentrațiile atmosferice de dioxid de carbon au fost ambele mult mai mari în timpul Jurasicului decât astăzi.
magmă: rocă topită adânc în interiorul Pământului care constă din lichide, gaze și particule de roci și cristale. Magma stă la baza zonelor de activitate vulcanică și la suprafața Pământului se numește lavă.
precipitații: umiditate care cade din nori. Deși norii par să plutească pe cer, ei cad mereu, picăturile lor de apă fiind trase încet de gravitație. Deoarece picăturile de apă sunt atât de mici și ușoare, poate dura 21 de zile pentru a cădea 1.000 ft (305 m), iar curenții de vânt le pot întrerupe cu ușurință coborârea. Apa lichidă cade sub formă de ploaie sau ploaie. Toate picăturile de ploaie Se formează în jurul particulelor de sare sau praf. (O parte din acest praf provine de la meteoriți minusculi și chiar cozile cometelor.) Picăturile de apă sau gheață se lipesc de aceste particule, apoi picăturile atrag mai multă apă și continuă să crească până când sunt suficient de mari pentru a cădea din nor. Picăturile de ploaie sunt mai mici decât picăturile de ploaie. În mulți nori, picăturile de ploaie încep de fapt ca mici cristale de gheață care se formează atunci când o parte sau tot un nor este sub îngheț. Pe măsură ce cristalele de gheață cad în interiorul norului, acestea se pot ciocni cu picături de apă care îngheață pe ele. Cristalele de gheață continuă să crească, până când sunt suficient de mari pentru a cădea din nor. Trec prin aer cald, se topesc și cad ca picături de ploaie.
TECTONIC: În ceea ce privește tectonica, studiul științific al forțelor care formează cruste planetare (lanțuri muntoase, continente, paturi de mare etc.).
UPWELLING: mișcarea verticală a apei din ocean prin care apa subterană de temperatură mai scăzută și densitate mai mare se deplasează spre suprafața oceanului. Upwelling apare cel mai frecvent printre Coasta de vest a continentelor, dar poate apărea oriunde în ocean. Upwelling rezultă atunci când vânturile care suflă aproape paralel cu o coastă continentală transportă apa ușoară de suprafață departe de coastă. Apa subterană cu densitate mai mare și temperatură mai scăzută înlocuiește apa de suprafață și exercită o influență considerabilă asupra vremii regiunilor de coastă. Dioxidul de Carbon este transferat în atmosferă în regiunile de creștere.
pânza freatică: nivelul subteran sau adâncimea sub care solul este saturat cu apă lichidă. Acolo unde pânza freatică intersectează suprafața, se găsește apă (de exemplu, lacuri, izvoare, pâraie).
alte episoade de schimbări climatice au fost, de asemenea, legate de procesele hidrotermale. Henrik Svensen și colab. (2003) au emis ipoteza că complexele mari de aerisire hidrotermală identificate în bazinele V Oqustring și m Oqtre din Atlanticul de Nord și onshore din bazinul Karoo din Africa de sud ar fi putut elibera suficient metan, un gaz important cu efect de seră, pentru a declanșa schimbările climatice globale și extincțiile în masă. Activitatea hidrotermală trecută în Atlanticul de Nord corespunde declanșării încălzirii globale în timpul Eocenului, în timp ce activitatea hidrotermală din bazinul Karoo poate explica o perioadă de anoxie oceanică (lipsa de oxigen) în perioada jurasică timpurie. Evenimente anoxice precum aceasta ar fi putut precipita extincțiile în masă și se presupune că apar în perioadele de încălzire globală. În cele din urmă, un episod de răcire în timpul Eocenului târziu în Marea Ross din Antarctica a fost, de asemenea, legat de sistemele hidrotermale.
a se vedea, de asemenea, dioxidul de Carbon (CO2); energia geotermală; efectul de seră; oceanele și mările.
bibliografie
periodice
Dallai, Luigi, și colab. „Sisteme hidrotermale fosile care urmăresc schimbările climatice Eocene în Antarctica.”Geologie 29, Nr. 10 (octombrie 2001): 931-934.
Owen, Robert M. și David K. Rea. „Activitatea hidrotermală a fundului mării leagă clima de tectonică: sera cu dioxid de Carbon Eocen.”Știința 227, nr. 4683 (11 ianuarie 1985): 166-169.
Shackleton, Sir Nicholas J. și Anne Boersma. „Clima Oceanului Eocen.”Jurnalul Societății Geologice Londra 138, nr. 2 (aprilie 1981): 153-157.
Svensen, Henrik și colab. „Schimbările climatice globale rezultate din Volcanismul bazaltic intruziv voluminos în bazinele sedimentare: mecanismele de transport și Erupție a metanului.”Uniunea Geofizică Americană, întâlnirea de toamnă 2003, rezumat #V21C-0528, 2003.
Weisburd, S. ” izvoare termale, climă caldă și CO2.”Știri Științifice 127 (23 Martie 1985): 20.
site-uri web
„energia geotermală și activitatea hidrotermală.”USGS Cascades Volcano Observatory. 12 mai 2005. < http://vulcan.wr.usgs.gov/Glossary/ThermalActivity/description_thermal_activity.html> (accesat la 4 noiembrie 2007).
Michele Chapman