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熱水循環とは、最も一般的な意味では、熱水（古代ギリシャ語ではὕδωρ、水[ 1]およびθέρμη、熱 [1] ）の循環である。熱水循環は、地殻内の熱源の近くで最も頻繁に発生する。一般的には、火山活動の近くで発生するが[2] 、深く浸透する断層の凹凸に沿った浅部から中部地殻、または花崗岩の貫入に関連する深部地殻、あるいは造山運動や変成作用の結果として発生することもある。熱水循環は、多くの場合、熱水鉱床をもたらす。
海底熱水循環
この用語には、海嶺の頂上付近のよく知られた高温の噴出孔水の循環と、海嶺の頂上から離れた堆積物や埋没玄武岩を通るはるかに低温の拡散した水の流れの両方が含まれます。 [3] 前者の循環タイプは「アクティブ」、後者は「パッシブ」と呼ばれることがあります。どちらの場合も、原理は同じです。冷たく密度の高い海水が海底の玄武岩に沈み込み、深部で加熱された後、密度が低いため岩と海の水の境界面まで上昇します。アクティブな噴出孔の熱源は、新しく形成された玄武岩であり、最も温度の高い噴出孔の場合は、その下にあるマグマ溜まりです。パッシブな噴出孔の熱源は、まだ冷却中の古い玄武岩です。海底の熱流研究によると、海洋地殻内の玄武岩は、パッシブな熱水循環システムを維持し続けるため、完全に冷却するのに数百万年かかることが示唆されています。
熱水噴出孔は海底で熱水が海水と混ざり合う場所です。[4]おそらく最もよく知られている噴出孔の形態は、ブラックスモーカーと呼ばれる自然に発生する煙突です。[4]
火山とマグマに関連する熱水循環
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熱水循環は海嶺環境に限定されません。熱水循環対流細胞は、侵入したマグマや火山の噴出口などの異常な熱源が、浸透性によって流れが許される地下水系と接触するあらゆる場所に存在する可能性があります。 [5] [6]この対流は、熱水爆発、間欠泉、温泉として現れることがありますが、常にそうであるとは限りません。[5]
マグマ体上の熱水循環は、地熱プロジェクトの一環として集中的に研究されてきました。地熱プロジェクトでは、熱水流体を生成し、その後再注入するために、多くの深井戸が掘削されています。この研究から得られる詳細なデータセットは、これらのシステムの長期にわたる持続性、流体循環パターンの発達、新たなマグマ活動、断層運動、または熱水破砕および噴火に関連する変化によって影響を受ける可能性のある履歴を示しています。その後、大量の冷水が侵入することがあります。直接的ではありませんが、同様に集中的な研究は、特に熱水循環システムの上部に堆積した鉱物に焦点を当てています。
火山とマグマに関連する熱水循環を理解するということは、熱水爆発、間欠泉、温泉、その他の関連システム、および関連する表層水や地下水体との相互作用を研究することを意味します。[5]この現象を観察するのに適した環境は、温泉や間欠泉がよく存在する火山湖です。 [5]これらの湖の対流システムは、冷たい湖水が浸透性の湖底を通って下方に浸透し、マグマまたは残留熱によって加熱された地下水と混ざり合い、上昇して排出点で温泉を形成することによって機能します。[5]
これらの環境における熱水対流細胞や温泉、間欠泉の存在は、より冷たい水体と地熱の存在だけでなく、地下水面の無流動境界にも大きく依存しています。[5] これらのシステムは独自の境界を形成する可能性があります。たとえば、水位は流体圧力条件を表し、ガスの溶出または沸騰を引き起こし、その結果、亀裂を塞ぐことができる強力な鉱化を引き起こします。
深い地殻
熱水は、一般に高温の岩石の領域から低温の岩石の領域への地殻深部内の水の移動と循環も指します。この対流の原因には、次のようなものがあります。
- マグマの地殻への侵入
- 冷却された花崗岩の塊から発生する放射熱
- マントルからの熱
- 山脈からの水頭、例えばグレートアーテジアン盆地
- 変成岩の脱水により水が解放される
- 深く埋まった堆積物の排水
特に地殻深部における熱水循環は、鉱床形成の主な原因であり、鉱石生成に関するほとんどの理論の基礎となっています。
熱水鉱床
1900 年代初頭、さまざまな地質学者が、上昇する水溶液から形成されたと想定される熱水鉱床の分類に取り組みました。ヴァルデマール・リンドグレン(1860–1939) は、堆積流体の温度と圧力条件の低下を解釈した分類法を開発しました。彼の用語「低温」、「中温」、「熱水」、「遠温」は、温度の低下と深部源からの距離の増加を表現しました。[7]最近の研究では、熱水というラベルのみが残っています。ジョン・ギルバートによる 1985 年のリンドグレン熱水鉱床システムの改訂には、次の内容が含まれています。[8]
- 上昇する熱水、マグマ水または天水
- 斑岩銅鉱床およびその他の鉱床、200～800℃、中程度の圧力
- 火成変成岩、300～800℃、低圧～中圧
- コルディレラ鉱脈、中深度から浅深度
- 浅熱水、浅部から中温、50～300℃、低圧
- 循環する加熱された隕石溶液
- ミシシッピバレー型鉱床、25～200℃、低圧
- 米国西部のウラン、25～75℃、低圧
- 循環加熱海水
- 海嶺堆積物、25～300℃、低圧
参照
参考文献
- ^ ab Liddell, HG & Scott, R. (1940). A Greek-English Lexicon. ヘンリー・スチュアート・ジョーンズ卿が全面的に改訂・増補。ロデリック・マッケンジーの協力を得て。オックスフォード: クラレンドン・プレス。
- ^ Donoghue, Eleanor; Troll, Valentin R.; Harris, Chris; O'Halloran, Aoife; Walter, Thomas R.; Pérez Torrado, Francisco J. (2008-10-15). 「カナリア諸島、グランカナリア島、中新世テヘダカルデラ、カルデラ内凝灰岩の低温熱水変質」。Journal of Volcanology and Geothermal Research . 176 (4): 551–564. Bibcode :2008JVGR..176..551D. doi :10.1016/j.jvolgeores.2008.05.002. ISSN 0377-0273.
- ^ ライト、ジョン、ロザリー、デビッド A. (1998)、「海洋地殻の熱水循環」、海洋盆地：その構造と進化、エルゼビア、pp. 96–123、doi :10.1016/b978-075063983-5/50006-0、ISBN 978-0-7506-3983-5、 2021-02-11取得
- ^ ab German, CR; Seyfried, WE (2014)、「熱水プロセス」、地球化学に関する論文、Elsevier、pp. 191–233、doi :10.1016/b978-0-08-095975-7.00607-0、ISBN 978-0-08-098300-4、 2021-02-11取得
- ^ abcdef Bayani Cardenas, M.; Lagmay, Alfredo Mahar F.; Andrews, Benjamin J.; Rodolfo, Raymond S.; Cabria, Hillel B.; Zamora, Peter B.; Lapus, Mark R. (2012年1月). 「地上の煙突: 地表水に接続された地下水の熱水対流による温泉: 熱水対流による温泉」. Geophysical Research Letters . 39 (2): n/a. doi : 10.1029/2011GL050475 .
- ^ Donoghue, Eleanor; Troll, Valentin R.; Harris, Chris; O'Halloran, Aoife; Walter, Thomas R.; Pérez Torrado, Francisco J. (2008 年 10 月)。「カナリア諸島、グラン カナリア島、中新世テヘダ カルデラのカルデラ内凝灰岩の低温熱水変質」。Journal of Volcanology and Geothermal Research。176 ( 4): 551–564。Bibcode : 2008JVGR..176..551D。doi :10.1016/ j.jvolgeores.2008.05.002。
- ^ W. Lindgren、1933年、「鉱物鉱床」、McGraw Hill、第4版。
- ^ ギルバート、ジョン・M. およびチャールズ・F. パーク・ジュニア、1986 年、「鉱床の地質学」、フリーマン、302 ページISBN 0-7167-1456-6