Inledning
hydrotermiska processer avser undervattens rörelser av varmt vatten. (”Termos” betyder värme och” hydros ” betyder vatten.) Värmen levereras vanligtvis av uppvällningar av magma från jordens mantel, och vattnet kommer från Nederbörd som percolates ner från ytan. Havsvatten kan också komma i kontakt med magma som stiger kontinuerligt från manteln för att bilda ny havskorpa längs mid-ocean ridges. Två metaller, kalcium och magnesium, transporteras i stora mängder genom hydrotermiska processer vid havsbotten och är viktiga för koldioxidbalansen i havet och därmed i atmosfären.
historisk bakgrund och vetenskapliga grunder
vissa manifestationer av hydrotermiska processer inkluderar gejsrar, fumaroler och varma källor. Dessa finns vanligtvis i regioner med nyligen vulkanisk aktivitet. På sådana platser kan ytvatten arbeta sig ner genom stenar till högtemperaturregioner nära en magma reservoar under jordens yta. Vattnet värms sedan, därför mindre tätt, och stiger tillbaka till ytan genom sprickor och sprickor. Gejsrar som Old Faithful Geyser i Yellowstone National Park i Wyoming utbrott när en stor mängd varmt vatten fyller ett underjordiskt hålrum, varav en del omvandlas till ånga som flyr ut i en kraftfull stråle ur marken.
fumaroler avger blandningar av ånga och andra gaser. Vätesulfid, en av de gaser som normalt frigörs från fumaroler, oxiderar till svavelsyra och naturligt svavel vid ytan. Dessa kemikalier står för de färgglada stenar som finns i många termiska områden.
varma källor är naturliga utsläpp av grundvatten med förhöjda temperaturer. De förekommer i termiska områden där jordens yta skär vattentabellen (den översta nivån av vattenmättad sten). Temperaturen och utsläppshastigheten för en varm källa bestäms av den hastighet vid vilken vatten cirkulerar genom systemet med underjordiska kanaler som levererar fjädern, mängden värme som tillförs på djupet och hur mycket det uppvärmda vattnet späds ut med kallt grundvatten nära ytan. Varma källor som finns i vulkaniska områden kan ha vattentemperaturer nära kokning.
utbredd hydrotermisk aktivitet längs havsryggar ger en kemisk länk mellan havsbotten processer och atmosfärisk koldioxid (CO2). Kallt bottenvatten kan tränga in till djup på flera kilometer under havsbotten genom sprickor i färsk åskvapenbasalt. När detta vatten värms upp av och reagerar kemiskt med den djupare heta basalten vid temperaturer över 572 kg f (300 kg C) stiger det till ytan genom varma källor på havsbotten. De kemiska reaktioner som uppstår under denna process innefattar avlägsnande av magnesium och sulfat och anrikning av kalcium, kalium och flera andra element i havsvattnet.
det kemiska utbytet av kalcium mot magnesium är särskilt viktigt eftersom kalcium reagerar med bikarbonat (HCO3–) i havet för att bilda CO2. Således resulterar den enda signifikanta processen som balanserar kalciumingångar till havsvatten i frisättningen av CO2, som så småningom finner sin väg in i atmosfären. Forskare uppskattar att hydrotermiska ventiler för närvarande står för 14-22% av all CO2 som kommer in i atmosfären från naturliga källor.
effekter och problem
på 1980-talet fann Robert M. Owen och David K. Rea vid University of Michigan bevis för att ökad hydrotermisk aktivitet på havsbotten kan ha varit ansvarig för en period med ökade CO2-atmosfäriska nivåer och efterföljande global uppvärmning som inträffade för 50 miljoner år sedan. De två oceanograferna antog att tektonisk aktivitet (processer där delar av jordskorpan kommer i kontakt med varandra) under Eocene-epoken orsakade ökad hydrotermisk aktivitet. Detta orsakade i sin tur en global växthuseffekt, som kan ge den enda historiska analogen till den antropogena (mänskliga orsakade) globala uppvärmningen som för närvarande förekommer.
för att bestämma nivåer av tidigare hydrotermisk aktivitet mätte Owen och Rea koncentrationerna av järn och kiseldioxid, två kemikalier som vanligtvis finns i varmvatten, i sediment-och bergkärnprover som tagits i östra Stilla havet. Dessa data, tillsammans med geologiska data för Eocene-perioden som samlats in av andra forskare, visade järnnivåer sex gånger större och kiseldioxidnivåer upp till 20 gånger större än nuvarande. Detta indikerade att hydrotermiska processer i havet verkligen ökade kraftigt under eocen.
Eocenen präglades av en uttalad klimatförändring jämförbar med vad som projiceras för världen inom nästa århundrade. Temperaturen ökade 9 kg f (5 kg C) över den tidigare epoken. Data från den perioden visar också att luften var fuktig, det var minskad atmosfärisk cirkulation och en förstärkt uppvärmning inträffade vid polerna.
ord att veta
EOCENE epok: geologisk period från 55,8 miljoner år sedan till 33,9 miljoner år sedan. Det globala klimatet var mycket varmare än idag under större delen av Eocene, med tropiska förhållanden som sträcker sig upp i dagens tempererade latitud. Början av Eocenen präglades av Paleocene-Eocene Thermal Maximum, en plötslig ökning av den globala temperaturen som bara varade cirka 200 000 år som orsakade utrotning av många arter och banade väg för utvecklingen av moderna däggdjur.
FUMAROL: öppning i marken som avger vulkaniska gaser och ånga. En gas som vanligtvis släpps ut är koldioxid.
GEYSER: varm källa som regelbundet sprutar ånga och varmt vatten i luften. En gejser kräver en väg från grundvattennivån i kontakt med en geotermisk värmekälla.
JURASSIC PERIOD: enhet av geologisk tid från 200 miljoner år sedan till 145 miljoner år sedan, känd i populärkulturen för sina stora dinosaurier. Global medeltemperatur och atmosfäriska koldioxidkoncentrationer var båda mycket högre under Jurassic än idag.
MAGMA: smält sten djupt inne i jorden som består av vätskor, gaser och partiklar av stenar och kristaller. Magma ligger till grund för områden med vulkanisk aktivitet och på jordens yta kallas lava.
nederbörd: fukt som faller från moln. Även om moln verkar flyta på himlen faller de alltid, deras vattendroppar dras långsamt ner av tyngdkraften. Eftersom vattendropparna är så små och lätta kan det ta 21 dagar att falla 1000 ft (305 m) och vindströmmar kan enkelt avbryta deras nedstigning. Flytande vatten faller som regn eller regn. Alla regndroppar bildas runt partiklar av salt eller damm. (En del av detta damm kommer från små meteoriter och till och med komets svansar.) Vatten eller isdroppar håller fast vid dessa partiklar, då drar dropparna mer vatten och fortsätter att bli större tills de är tillräckligt stora för att falla ut ur molnet. Drizzle droppar är mindre än regndroppar. I många moln börjar regndroppar faktiskt som små iskristaller som bildas när en del eller hela ett moln är under frysning. När iskristallerna faller inuti molnet kan de kollidera med vattendroppar som fryser på dem. Iskristallerna fortsätter att växa större tills de är tillräckligt stora för att falla från molnet. De passerar genom varm luft, smälter och faller som regndroppar.
tektonisk: När det gäller tektonik, den vetenskapliga studien av de krafter som formar planetskorpor (bergskedjor, kontinenter, havsbäddar etc.).
uppvällning: den vertikala rörelsen av vatten i havet genom vilket underjordiskt vatten med lägre temperatur och större densitet rör sig mot havets yta. Uppvällning förekommer oftast bland kontinenternas västkustlinjer, men kan förekomma var som helst i havet. Uppvällande resultat när vindar blåser nästan parallellt med en kontinental kustlinje transporterar det lätta ytvattnet bort från kusten. Underjordiskt vatten med större densitet och lägre temperatur ersätter ytvattnet och utövar ett betydande inflytande på kustregionernas väder. Koldioxid överförs till atmosfären i uppsvällningsområden.
vattenbord: underjordisk nivå eller djup under vilken marken är mättad med flytande vatten. Där vattentabellen skär ytan finns vatten (t.ex. sjöar, källor, strömmar).
andra klimatförändringar har också kopplats till hydrotermiska processer. Henrik Svensen et al. (2003) har antagit att stora hydrotermiska ventilationskomplex som identifierats i bassängerna V Ubicyring och M Ubicrre i norra Atlanten och på land i Karoo-bassängen i Sydafrika kan ha släppt tillräckligt med metan, en viktig växthusgas, för att utlösa globala klimatförändringar och massutrotningar. Tidigare hydrotermisk aktivitet i norra Atlanten motsvarar uppkomsten av global uppvärmning under Eocene, medan hydrotermisk aktivitet i Karoo-bassängen kan förklara en period av havanoxi (brist på syre) under den tidiga juraperioden. Anoxiska händelser som detta kan ha utfällt massutrotningar och antas inträffa under perioder med global uppvärmning. Slutligen har en kylningsepisod under sen Eocene i Rosshavet i Antarktis också kopplats till hydrotermiska system.
Se även koldioxid (CO2); geotermisk energi; växthuseffekt; hav och hav.
bibliografi
tidskrifter
Dallai, Luigi, et al. ”Fossila hydrotermiska system som spårar Eocene klimatförändringar i Antarktis.”Geologi 29, nr 10 (oktober 2001): 931-934.
Owen, Robert M. och David K. Rea. ”Hydrotermisk aktivitet på havsbotten kopplar klimat till Tektonik: Eocene Koldioxidväxthus.”Vetenskap 227, nr 4683 (11 januari 1985): 166-169.
Shackleton, Sir Nicholas J. och Anne Boersma. ”Klimatet i Eocene havet.”Journal of the Geological Society London 138, nr 2 (April 1981): 153-157.
Svensen, Henrik, et al. ”Globala klimatförändringar till följd av omfattande påträngande basaltisk vulkanism i sedimentära bassänger: Metantransport-och Utbrottsmekanismerna.”American Geophysical Union, höstmöte 2003, abstrakt # V21C-0528, 2003.
Weisburd, S. ” varma källor, varmt klimat och CO2.”Vetenskapsnyheter 127 (23 Mars 1985): 20.
webbplatser
” geotermisk energi och hydrotermisk aktivitet.”USGS Cascades Volcano Observatory. 12 maj 2005. <http://vulcan.wr.usgs.gov/Glossary/ThermalActivity/description_thermal_activity.html> (åtkomst 4 November 2007).
Michele Chapman