Zirkulation in Brüchen, heißen Quellen und konvektivem Wärmetransport auf den Gipfeln von Mittel-ozeanischen Rücken

Zusammenfassung Heiße Quellen in kontinentalen geothermischen Gebieten, thermale Quellen, die nicht mit bekannten Hochtemperaturgebieten verbunden sind, und heiße Quellen, die mit hydrothermaler Zirkulation auf den Gipfeln von Ozeanrücken assoziiert sind, werden durch Modelle beschrieben, die auf Fluidströmung in Brüchen basieren. Ein stationäres Modell zeigt, dass Brüche von ein paar Millimetern Breite einen erheblichen konvektiven Fluss befördern können und der konvektive Fluss von der dritten Potenz der Bruchbreite abhängt. Das stationäre Modell liefert auch Schätzungen der leitenden Temperaturverluste in Quellen und gibt Schätzungen der Zirkulationsschichten für thermale Quellen im Südosten der Vereinigten Staaten, die gut mit den verfügbaren Felddaten übereinstimmen. In vielen Fällen sind die Temperatur und der Durchfluss von Quellen nicht stationär. Dies gilt insbesondere für heiße Quellen in Hochtemperatur-geothermischen Gebieten und es wird erwartet, dass es auch für Quellen auf den Gipfeln von Mittel-ozeanischen Rücken gilt. Zeitabhängige Modelle für Quellen zeigen, dass die Hauptwirkung der Zirkulation darin besteht, den regionalen geothermischen Gradient zu senken. Nicht-stationäre Konvektion, die durch Brüche gesteuert wird, kann die Variabilität der gewonnenen Wärmeflussdaten in der Nähe von Ozeanrücken erklären. Ein numerisches Beispiel zeigt, dass die Konvektion in einem Block von 3 km Breite, der Brüche von 3 mm Breite und 5 km Tiefe enthält und seit 10^4 Jahren zirkuliert, zu einer heißen Quelle mit einer Temperatur von 125 °C und einer Durchflussrate von 0,14 kg m−1 s−1 führt. Eine solche Quelle, die am Meeresboden austritt, würde zu einer nicht messbar kleinen Temperaturanomalie im Meerwasser führen. Der konvektive Wärmetransfer aufgrund eines solchen Zirkulationssystems ist ungefähr 200 Mal größer als der Wärmetransfer, der allein durch Wärmeleitung erreicht worden wäre.