Гидротермальная конвекция

Связь теплового потока с рельефом дна и гидротермальной конвекцией была обнаружена еще в конце 1970-х годов при первых детальных исследованиях в рифтовых зонах СОХ. Позднее Д.Аббот с соавторами [146] проанализировал статистическую связь между рельефом дна и тепловым потоком в области с небольшим (< 85 м) слоем осадков и обнаружили, что латеральные теплопотери быстро и существенно уменьшались в коре, имеющей пологий рельеф, в отличие от участков коры, имеющих изрезанный рельеф дна. Ряд исследователей рассмотрели данные по тепловому потоку и рельефу и пpeдJюжили глобальную модель для термической структуры и эволюции океанической литосферы [514,515]. [c.185]

Таблица 4.1. Схематические модели строения магматической камеры и характера гидротермальной конвекции, по [272]

Рис. 2. Гидротермальная конвекция в срединном океаническом хребте.

В общей схеме чередования тектоно-магматических событий в осевой зоне рифта при быстром спрединге после очередного вулканического извержения происходит охлаждение и кристаллизация проникшей в кору и на поверхность магмы. Этот процесс развивается достаточно быстро за счет эффективного выноса тепла гидротермальной конвекцией. Охлаждение и кристаллизация вещества приводит к сварке бортов трещины. В ре- [c.127]

Предполагается полное плавление вещества по всему объему камеры. Очаг охлаждается сверху и снизу за счет кумулятивной гидротермальной конвекции. Наклон кумулятивных слоев от центра получается здесь как следствие изначально предположенной формы очага. Гидротермальная циркуляция должна сильно менять форму камеры со временем [c.141]

Рисунок 4.19, а иллюстрирует процесс формирования осевого очага магмы для хребтов со средними скоростями спрединга. Спрединг коры воспроизводился здесь эпизодическими внедрениями интрузий шириной 60 м один раз в 2000 лет. Период обновления состава линзы составлял в этом варианте один раз в 400 лет. В соответствии с сейсмическими данными нижняя граница области счета принималась на 1 км ниже, чем в случае быстро раздвигающихся хребтов. В модели, представленной на рис.4.19, о, учтен также факт, что интенсивность гидротермальной конвекции в осевой зоне хребтов с умеренными скоростями раздвижения, как правило, меньше, чем в осевой зоне быстро раздвигающихся хребтов. Поэтому максимальное значение эффективной теплопроводности К/Ко в осевой зоне хребта было принято равным 18 (в отличие от 28 в варианте рис. 4.17). [c.167]

Динамику погружения кровли очага в режиме остывания камеры можно проследить на рис. 4.17, а и рис. 4.19, б для СОХ с быстрыми и средними скоростями раздвижения соответственно. Погружение кровли камеры в осевой части быстро раздвигающегося хребта (рис. 4.17, б) составляет 400 м, 650-700 м, 1,1-1,2 км, 1,4-1,6 км, 1,9-2,0 км после 5, 10, 20, 30, и 50 тыс. лет остывания очага соответственно. После 80 тыс. лет остывания кровля камеры погружается примерно на 2,5 км, и тогда очаг становится неразличим сейсмическими методами. Заметим, что учет спада интенсивности гидротермальной конвекции в процессе остывания очага замедляет остывание и приводит к уменьшению погружения кровли очага на 200-300 м за время 20-50 тыс. лет. [c.168]

ГЛАВА 5. ГИДРОТЕРМАЛЬНАЯ КОНВЕКЦИЯ В РИФТОВЫХ ЗОНАХ СОХ [c.174]

Рис. 5.2. Схема гидротермальной конвекции и минералообразования в рифтовых зонах СОХ, с учетом данных [40]

МОДЕЛИ ГИДРОТЕРМАЛЬНОЙ КОНВЕКЦИИ [c.181]

Самое первое применение модели гидротермальной циркуляции этого типа для анализа аномалий поверхностного теплового потока было рассмотрено для среды с одинаковой проницаемостью [350]. Последующие модели включают как латеральные, так и вертикальные изменения проницаемости, а также более реалистичные свойства морской воды при более высоких температурах [242, 558]. В дальнейшем были рассмотрены двухмерные численные модели для описания гидротермальной конвекции вблизи магматических тел в осевых зонах СОХ [364, 180], в том числе с учетом влияния изменений проницаемости пород на циркуляцию вблизи от оси СОХ [470]. Попытки трехмерного численного моделирования гидротермальной конвекции были сделаны Б.Трависом с соавторами [535]. Однако численное моделирование двух разных потоков в системах морской воды, в отличие от чистой воды, еще не разработано. [c.183]

В заключение этого небольшого раздела можно привести пример, с какой осторожностью надо использовать характерную длину колебаний поверхностного теплового потока для оценки глубины проникновения гидротермальной конвекции [168]. В последней работе приводятся результаты 48 измерений теплового потока на западном склоне ВТП в районе 2 Г с.ш. для коры, имеющей возраст от 0,4 до [c.186]

Начало гидротермальной конвекции и первые излияния высокотемпературных гидротермальных флюидов через подводящие каналы, созданные вследствие повышения проницаемости коры вблизи магматического очага. Формирование магматического очага и его периодическое обновление за счет внедрения даек в зонах пересечения активных продольных и поперечных разломов. Пересечение активных разломов локализовало и сфокусировало восходящую ветвь гидротермальной системы [c.196]

Считают, что основная часть теплового потока, идущего с кровли камеры, расходуется на возбуждение гидротермальной конвекции и выносится в струях типа черных курильщиков . Количество вынесенной жидкости зависит от площади гидротермального поля. Его типичная длина для участков ВТП составляет от 3 до 5 км. Будем считать, что весь тепловой поток с кровли камеры на участке длиной 3-5 км расходуется на генерацию гидротермальной конвекции и выносится в конечном счете в струях жидкости гидротермального поля, формирующих месторождение. Расчеты дают возможность оценить этот поток по положению изотермы Тр= 725° С, отмечающей нижнюю границу проникновения гидротерм (закрытие трещин), и изотермы Г5= 1150° С, отмечающей начало плавления базальтовых пород коры. Обе изотермы ограничивают зону кондуктивной теплопроводности, и тепловой поток в ней можно оценить по формуле [c.215]

Сейчас, несмотря на фундаментальные открытия, сделанные в рифтовых зонах на дне океана, детальными исследованиями покрыто менее 10% протяженности всей глобальной рифтовой системы. Поэтому существенную роль в исследовании геологической структуры литосферы рифтовых зон и в выявлении глубинных процессов, определяющих особенности этой структуры, играют геодинамические модели термического режима, напряженного состояния литосферы и гидротермальной конвекции. Сложность процессов диктует необходимость использования методов численного и физического моделирования для изучения термического и механического состояния рифтовых зон. Комплексный анализ геолого-геофизических данных позволил в первом приближении понять сущность таких процессов как глубинное магмообразование, дифференциация магматического расплава под рифтовой зоной и современную активную тектонику этих зон. [c.9]

При поисках гидротермальных полей наиболее интересны области с минимальным осадконакоп-лением. В этих областях гидротермальная циркуляция меняет как распределение теплового потока по площади, так и локальные значения q. Зона погружения воды, как отмечалось выше, занимает большую площадь, хотя и здесь не исключена локализация нисходящей ветви конвективной ячейки в отдельных трещинах. Восходящая ветвь гидротермальной конвекции - это, как правило, струйная конвективная ветвь с большой мощностью теплового выноса. Как будет рассмотрено далее, мощность теплового вьнюса струй предполагает ограниченное время их существования (от десятков-сотен до первых тысяч лет). Оценки по скоростям отложения сульфидных минералов и силикатов в месторождениях сульфидных тел офио-литов показывают, что тепловой поток, выносимый такими нестационарными струями (типа черных курильщиков), может достигать 20 ООО ЕТП [198]. [c.71]

Уравнение решалось в области О < х < 140 км, О < z < 90-100 км с постоянной температурой Т= Tf = 1200 °С в основании области счета. Тепловой эффект высвобождения скрытой теплоты плавления в пределах корового слоя на оси спрединга во время процесса остывания интрузий моделировался эффективным увеличением температуры вещества интрузий до 1520°С, что на 320 С превосходило температуру мантии на глубине. Охлаждение коры гидротермальной конвекцией ими-тировалось увеличением коэффициента теплопроводности в Nu раз в пределах всей коры, где число Нуссельта, Nu, эквивалентно отношению гидротермального потока тепла к кондуктив-ному [209]. В моделях предполагалось, что породы [c.156]

Результаты численного моделирования процесса формирования и эволюции магматической камеры в присутствии линзы расплава иллюстрируются на рис. 4,17, а. Здесь представлен пример моделирования осевой камеры в коре быстро раздвигающегося хребта. Процесс наращивания коры воспроизводился эпизодическими внедрениями даек полушириной 50 м один раз в 1000 лет. Считалось, что процесс обновления состава линзы расплава в верхней части очага происходил в 2 раза чаще этих внедрений или совпадал с ними, т.е. в линзе расплава толщиной 350 м обновление состава новым с температурой Тма = ТМ= 1205° С происходил раз в 500 лет. Гидротермальная конвекция в осевой зоне апроксимировапась высокими значениями эффективной теплопроводности с максимумом Ко /Ко-28 в центре осевой области. [c.166]

Как было показано в предыдущей главе, состояние, форма и размеры осевой магматической камеры в существенной степени зависят от интенсивности гидротермальной конвекции. За счет этого процесса осуществляется также тесное взаимодействие литосферы, гидросферы и биосферы в рифтовых зонах, приводящее к увеличению выноса тепла, обогащению морских вод минеральными компонентами из коры и мантии, формированию месторождений глубоководных полиметаллических сульфидных руд и созданию уникальных условий для жизнеобитания организмов - оазисов на дне океана . [c.174]

Морская вода всегда содержит определенный процент солей. Прямые экспериментальные измерения поведения морской воды в Р-Т условиях показали, что она имеет те же свойства в Р-Т - поле, что и 3,2%-ный раствор КаС1 [171]. Присутствие солей смещает критическую точку воды и она для морской воды лежит в области 403-406° С, 285-302 бар. Поэтому учет присутствия солей в воде особенно валсен, так как это существенно сказывается на оценках глубин и температур в геотермальных системах. Быстрое, почти адиабатическое поднятие термальных вод к поверхности сопровождается падением температуры и расширением жидкости (при переходе в область более низких давлений). Эти процессы могли бы объяснить механизм осаждения сульфидов из морских гидротермальных вод и образование отложений шток-веркового типа на морском дне. В этом случае процесс разделения жидкости на две фазы (вода - пар) с распределением содержания солей в каждом из них мог бы существенно влиять на состав жидкостей, поставляемых струями гидротермальной конвекции на морское дно. [c.177]

Однако немногие исследователи анализировали локальные связи между батиметрией, рельефом фундамента и тепловым потоком и гидротермальной конвекцией в океанической коре. Гидротермальная конвекция в пористой среде, вызванная перепадом рельефа, была изучена в работах [367, 243]. В первой из них использовались результаты лабораторного моделирования. Изучалась конвекция в насыщенном пористом слое с верхней границей синусоидальной формы. Эксперимент показал, что в том случае, когда число Релея превышало критическое значение для термической конвекции, рельеф не влиял иа картину конвекции, за исключением того случая, когда длина волны рельефа была соизмерима с глубиной проникновения конвектирующих вод. Авторы сделали вывод, что при- [c.185]

Таким образом, современное строение и эволюция гидротермального поля ТАГ позволили сделать вывод, что оно расположено на сегменте САХ, где магматическая деятельность в настоящее время активизировалась и где неовулканический хребет растет [59, 467]. Моделирование тепловыделения через проницаемые породы молодой океанической коры за счет гидротермальной конвекции указывает на необходимость наличия магматического источника, поставляющего тепло для циркулирующей гидротермальной системы, которая формирует массивные сульфидные отложения размером в первые миллионы тонн [364]. Оценки размеров такого магматического тела зависят от того, выделяется ли скрытая теплота кристаллизации от единого, крупного остывающего магматического очага (размером 30-78 км ), или от более мелкого периодически возобновляемого магматического источника (размером 2 км ). Внедрение отдельных небольших магматических интрузий, видимо, лучше коррелирует с возрастом сульфидных отложений и излияний лав. Увеличение кондуктивного теплового потока на южной окраине активного гидротермального холма также подтверждает вывод об эпизодическом характере интрузий, поставляющих тепло для гидротермальной системы [467]. [c.198]

Геодинамический анализ гидротермальной циркуляции в осевых зонах СОХ показал, что изменение физических свойств (плотности, коэффициента расширения и др.) воды в зависимости от температуры, давления и солености оказывает существенное влияние на тип конвективных движений, продолжительность активной жизни и интенсивность гидроконвекции. Однофазовая и двухфазовая гидротермальные конвекции сменяют друг друга в зависимости от расстояний над кровлей магматической камеры и от ее боковых стенок. Интенсивность такой конвекции, и, в частности, скорость [c.270]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология