Wie vergleichen sich die heißen Quellen auf dem Grund des Yellowstone Lake mit den hydrothermalen Quellen am Tiefseeboden?

Aug 05, 2023

Hydrothermale Quellen auf dem Meeresboden, wie die berühmten „Schwarzen Raucher“, und jene auf dem Grund des Yellowstone Lake weisen einige allgemeine Ähnlichkeiten auf, zeichnen sich aber auch durch unterschiedliche Arten der Flüssigkeitschemie und Mineralablagerungen aus.

Yellowstone Caldera Chronicles ist eine wöchentliche Kolumne, die von Wissenschaftlern und Mitarbeitern des Yellowstone Volcano Observatory verfasst wurde. Der Beitrag dieser Woche stammt von Pat Shanks, emeritierter Forschungsgeologe beim US Geological Survey.

Die Entdeckung hydrothermaler Systeme auf dem Meeresboden in den späten 1970er Jahren gilt als eine der größten wissenschaftlichen Entdeckungen des 20. Jahrhunderts und hat Auswirkungen auf den Fluss von Chemikalien und Wärme in die Ozeane, die Bildung einiger Mineralvorkommen und den Ursprung Leben. In den letzten 50 Jahren wurden entlang der Plattengrenzen in allen Ozeanen der Welt Tiefsee-Hydrothermalquellen entdeckt.

Auf dem Grund des Yellowstone Lake gibt es auch hydrothermale Quellen, und die hydrothermalen Systeme des Sees standen im Mittelpunkt zahlreicher neuerer Forschungen. USGS-Studien zu heißen Quellen auf dem Grund von Yellowstone ab 1999 verwendeten Mehrstrahl-Sonarkartierungen und seismische Reflexionsprofile des Seebodens in Verbindung mit direkten Beobachtungen mithilfe von tauchfähigen ferngesteuerten Fahrzeugen (ROVs). Diese Studien entdeckten Hunderte von Entlüftungskratern, die mit zuvor aktiven Hydrothermalquellen und Dutzenden derzeit aktiven heißen Quellen in Zusammenhang stehen. In jüngerer Zeit lieferte das multidisziplinäre Projekt „Hydrothermal Dynamics of Yellowstone Lake“, das von der National Science Foundation, der Global Foundation for Ocean Exploration, dem National Park Service und dem US Geological Survey finanziert wurde, zusätzliche Einblicke in die Geologie, Geochemie, und Geophysik der Entlüftungssysteme.

Auf dem Grund des Yellowstone Lake wurden mit einem ROV Proben verschiedener Arten von heißen Quellen beprobt. Das tiefste und eines der aktivsten Entlüftungsgebiete am Seegrund, das sogenannte Deep Hole-Entlüftungsfeld und östlich von Stevenson Island gelegen, hatte Temperaturen von bis zu 174 °C (345 °F) und wird von einem dampfdominierten (H2O) angetrieben -CO2-H2S)-Zone, die etwa 15 m (49 ft) unter dem Seeboden liegt. Im Gegensatz dazu gibt es in Mary Bay, im Elliott-Krater und in West Thumb heiße Quellen am Seeboden, die einen höheren Chloridgehalt aufweisen.

Wie ähnlich sind also die hydrothermalen Entlüftungssysteme des Yellowstone-Sees mit den berühmten hydrothermischen Entlüftungssystemen des „Schwarzen Rauchers“ in der Tiefsee? Es gibt mehrere Gemeinsamkeiten. Beide Systeme werden durch magmatische Körper in der Tiefe erhitzt, wobei heißes Wasser schwimmfähig aufsteigt und Chemikalien transportiert, die durch Reaktionen mit heißem Gestein und aus Magma aufgenommenen Gasen gelöst werden. Wenn in beiden Arten von Systemen tief zirkulierende und erhitzte Flüssigkeiten zum Meeres- oder Seeboden aufsteigen, reagieren diese Flüssigkeiten weiterhin mit umgebenden Gesteinen oder Sedimenten und kühlen sich ab. Wenn der Druck abnimmt, können sie sich in zwei Phasen trennen: eine dampfdominierte gasartige Flüssigkeit und eine dichtere Flüssigkeit mit den Eigenschaften einer Flüssigkeit. Die Vermischung kälterer Flüssigkeiten, die durch das Gestein am See- oder Meeresboden zirkulieren, kann in jeder Tiefe auftreten, kommt jedoch häufiger im flachen Untergrund oder innerhalb der hydrothermalen Quellen selbst vor. Hydrothermale Flüssigkeiten vom Meeres- oder Seeboden bilden beim Entweichen in die Wassersäule schwimmende Fahnen.

Aber die Hydrothermalsysteme des Yellowstone-Sees und des Meeresbodens weisen auch einige wichtige Unterschiede auf, darunter:

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass heiße Quellen auf dem Grund des Yellowstone Lake und auf dem Meeresboden trotz allgemeiner Ähnlichkeiten Unterschiede in den physikalischen (Tiefe, Druck, Temperatur) und geochemischen Bedingungen (Süßwasser vs. Meerwasser; eisen- und schwefelreiches Basaltgestein vs. Kieselsäure) aufweisen -reiche Rhyolithe), die zu sehr unterschiedlichen chemischen Flüssen und Ablagerungen führen.

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