Гидротермальная циркуляция
Гидротермальная циркуляция в самом общем смысле — это круговорот горячей воды ( др.-греч. ὕδωρ, вода , [1] и тепло [1] ). Гидротермальная циркуляция возникает чаще всего вблизи источников тепла внутри земной коры . Обычно это происходит вблизи вулканической активности, [2] но может встречаться в мелкой и средней коре по глубоко проникающим разломам или в глубокой коре, связанной с внедрением гранита , или в результате горообразования или метаморфизма . Гидротермальная циркуляция часто приводит к образованию гидротермальных месторождений полезных ископаемых .
Гидротермальная циркуляция морского дна
[ редактировать ]Гидротермальная циркуляция в океанах – это прохождение воды через срединно-океанических хребтов системы .
Этот термин включает в себя как циркуляцию хорошо известных высокотемпературных жерловых вод вблизи гребней хребтов, так и диффузный поток воды с гораздо более низкой температурой через отложения и погребенные базальты дальше от гребней хребтов. [3] Первый тип циркуляции иногда называют «активным», а второй — «пассивным». В обоих случаях принцип один и тот же: холодная, плотная морская вода опускается в базальт морского дна и нагревается на глубине, после чего поднимается обратно к границе раздела пород и воды океана из-за своей меньшей плотности. Источником тепла для активных жерл является новообразованный базальт, а для жерл с самой высокой температурой - подстилающий магматический очаг. Источником тепла для пассивных жерл являются все еще остывающие старые базальты. Исследования теплового потока морского дна показывают, что базальтам в океанической коре требуются миллионы лет, чтобы полностью остыть, поскольку они продолжают поддерживать системы пассивной гидротермальной циркуляции.
Гидротермальные жерла — это места на морском дне, где гидротермальные жидкости смешиваются с вышележащим океаном. [4] Пожалуй, наиболее известными формами дымоходов являются естественные дымоходы, называемые черными курильщиками . [4]
Гидротермальная циркуляция, связанная с вулканами и магмой
[ редактировать ]
Гидротермальная циркуляция не ограничивается средой океанских хребтов. Гидротермальные циркулирующие конвекционные ячейки могут существовать в любом месте, где аномальный источник тепла, такой как внедряющаяся магма или вулканическое жерло, вступает в контакт с системой подземных вод , где проницаемость обеспечивает поток. [5] [6] Эта конвекция может проявляться в виде гидротермальных взрывов , гейзеров и горячих источников , хотя это не всегда так. [5]
Гидротермальная циркуляция над магматическими телами интенсивно изучалась в контексте геотермальных проектов, когда в системе пробурено множество глубоких скважин для добычи и последующей повторной закачки гидротермальных флюидов. Подробные наборы данных, доступные в этой работе, показывают долгосрочное существование этих систем, развитие моделей циркуляции жидкости, историю, на которую могут влиять возобновление магматизма, движение разломов или изменения, связанные с гидротермальной брекчией и извержениями, иногда сопровождаемыми массивной холодной водой. вторжение. Менее прямое, но столь же интенсивное исследование было сосредоточено на минералах, отложенных, особенно в верхних частях гидротермальных циркуляционных систем.
Понимание вулканической и гидротермальной циркуляции, связанной с магмой, означает изучение гидротермальных взрывов, гейзеров, горячих источников и других связанных систем, а также их взаимодействия с соответствующими поверхностными и подземными водами. [5] Хорошей средой для наблюдения этого явления являются вулканогенные озера , где обычно присутствуют горячие источники и гейзеры. [5] Конвекционные системы в этих озерах работают за счет того, что холодная озерная вода просачивается вниз через проницаемое дно озера, смешивается с грунтовыми водами, нагретыми магмой или остаточным теплом, и поднимается, образуя термальные источники в местах сброса. [5]
Существование гидротермальных конвекционных ячеек и горячих источников или гейзеров в этих средах зависит не только от наличия более холодного водоема и геотермального тепла, но также сильно зависит от границы отсутствия потока на уровне грунтовых вод. [5] Эти системы могут развивать свои собственные границы. Например, уровень воды представляет собой состояние давления жидкости, которое приводит к выделению газа или кипению, что, в свою очередь, вызывает интенсивную минерализацию, которая может закрыть трещины.
Глубокая корочка
[ редактировать ]Гидротермальные процессы также относятся к транспортировке и циркуляции воды внутри глубокой коры, как правило, от участков с горячими породами к участкам с более холодными породами. Причинами конвекции могут быть:
- Внедрение магмы в земную кору
- Радиоактивное тепло, выделяемое остывшими гранитными массами
- Тепло от мантии
- Гидравлический напор с горных хребтов, например Большого Артезианского бассейна.
- Обезвоживание метаморфических пород с выделением воды
- Обезвоживание глубоко залегающих отложений
Гидротермальная циркуляция, особенно в глубоких слоях коры, является основной причиной образования месторождений полезных ископаемых и краеугольным камнем большинства теорий рудогенеза .
Гидротермальные рудные месторождения
[ редактировать ]В начале 1900-х годов различные геологи работали над классификацией гидротермальных рудных месторождений, которые, как они предполагали, образовались из поднимающихся вверх водных растворов. Вальдемар Линдгрен (1860–1939) разработал классификацию, основанную на интерпретации условий понижения температуры и давления осаждающейся жидкости. Его термины: «гипотермический», «мезотермальный», «эпитермальный» и «телетермальный» выражали понижение температуры и увеличение расстояния от глубинного источника. [7] Недавние исследования сохраняют только эпитермальную метку. Пересмотр Джоном Гильбертом системы Линдгрена для гидротермальных месторождений в 1985 году включает следующее: [8]
- Восходящие гидротермальные жидкости, магматические или метеорные воды.
- Медно-порфировые и другие месторождения, 200–800 °С, умеренное давление.
- Магматические метаморфические, 300–800 ° C, давление от низкого до умеренного.
- Кордильерские жилы, глубины от средней до небольшой.
- Эпитермальный, от мелкого до среднего, 50–300 °C, низкое давление.
- Циркулирующие нагретые метеорные растворы
- Отложения типа долины Миссисипи , 25–200 °C, низкое давление.
- Уран на западе США , 25–75 ° C, низкое давление.
- Циркулирующая нагретая морская вода
- Отложения океанических хребтов , 25–300 °C, низкое давление.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Лидделл, Х.Г. и Скотт, Р. (1940). Греко-английский лексикон. полностью переработано и дополнено сэром Генри Стюартом Джонсом. при содействии. Родерик Маккензи. Оксфорд: Кларендон Пресс.
- ^ Донохью, Элеонора; Тролль, Валентин Р.; Харрис, Крис; О'Халлоран, Аойф; Уолтер, Томас Р.; Перес Торрадо, Франсиско Х. (15 октября 2008 г.). «Низкотемпературные гидротермальные изменения внутрикальдерных туфов, миоценовая кальдера Техеда, Гран-Канария, Канарские острова» . Журнал вулканологии и геотермальных исследований . 176 (4): 551–564. Бибкод : 2008JVGR..176..551D . doi : 10.1016/j.jvolgeores.2008.05.002 . ISSN 0377-0273 .
- ^ Райт, Джон; Ротери, Дэвид А. (1998), «Гидротермальная циркуляция в океанической коре» , Океанские бассейны: их структура и эволюция , Elsevier, стр. 96–123, doi : 10.1016/b978-075063983-5/50006-0 , ISBN 978-0-7506-3983-5 , получено 11 февраля 2021 г.
- ^ Jump up to: а б немецкий, ЧР; Сейфрид, WE (2014), «Гидротермальные процессы» , Трактат по геохимии , Elsevier, стр. 191–233, doi : 10.1016/b978-0-08-095975-7.00607-0 , ISBN 978-0-08-098300-4 , получено 11 февраля 2021 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж Баяни Карденас, М.; Лагмай, Альфредо Махар Ф.; Эндрюс, Бенджамин Дж.; Родольфо, Раймонд С.; Кабрия, Гилель Б.; Самора, Питер Б.; Лапус, Марк Р. (январь 2012 г.). «Земные курильщики: Термальные источники, возникающие в результате гидротермальной конвекции грунтовых вод, соединенных с поверхностными водами: РОДНИКИ, ИЗ-ЗА ГИДРОТЕРМАЛЬНОЙ КОНВЕКЦИИ» . Письма о геофизических исследованиях . 39 (2): н/д. дои : 10.1029/2011GL050475 .
- ^ Донохью, Элеонора; Тролль, Валентин Р.; Харрис, Крис; О'Халлоран, Аойф; Уолтер, Томас Р.; Перес Торрадо, Франсиско Х. (октябрь 2008 г.). «Низкотемпературные гидротермальные изменения внутрикальдерных туфов, миоценовая кальдера Техеда, Гран-Канария, Канарские острова» . Журнал вулканологии и геотермальных исследований . 176 (4): 551–564. Бибкод : 2008JVGR..176..551D . doi : 10.1016/j.jvolgeores.2008.05.002 .
- ^ В. Линдгрен, 1933, Месторождения полезных ископаемых , МакГроу-Хилл, 4-е изд.
- ^ Гильберт, Джон М. и Чарльз Ф. Парк-младший, 1986, Геология рудных месторождений , Фриман, стр. 302 ISBN 0-7167-1456-6
