Гидротермальная циркуляция в самом общем смысле — это круговорот горячей воды ( др.-греч. ὕδωρ, вода , [1] и θέρμη, тепло [1] ). Гидротермальная циркуляция возникает чаще всего вблизи источников тепла внутри земной коры . В общем, это происходит вблизи вулканической активности, [2] , но может происходить в мелкой и средней коре вдоль глубоко проникающих неровностей разломов 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 в океанах — это прохождение воды через системы срединно-океанических хребтов .
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 погружается 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 вентиляционных отверстий являются естественные дымоходы , называемые черными курильщиками . [4]
.jpg/1280px-Taal_Crater_Lake_(39228545370).jpg)
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 иметь 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.
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:
Гидротермальная циркуляция, особенно в глубоких слоях земной коры, является основной причиной образования месторождений полезных ископаемых и краеугольным камнем большинства теорий рудогенеза .
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 снижение 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]