La circulación hidrotermal en su sentido más general es la circulación de agua caliente ( del griego antiguo ὕδωρ, agua , [1] y θέρμη, calor [1] ). La circulación hidrotermal ocurre con mayor frecuencia en las proximidades de fuentes de calor dentro de la corteza terrestre . En general, esto ocurre cerca de la actividad volcánica , [2] pero puede ocurrir en la corteza superficial a media a lo largo de irregularidades de fallas profundamente penetrantes o en la corteza profunda relacionada con la intrusión de granito , o como resultado de la orogenia o el metamorfismo . La circulación hidrotermal a menudo da como resultado depósitos minerales hidrotermales .
La circulación hidrotermal en los océanos es el paso del agua a través de los sistemas de dorsales oceánicas .
El término incluye tanto la circulación de las aguas de los respiraderos de alta temperatura bien conocidos cerca de las crestas de las dorsales, como el flujo difuso de agua de temperatura mucho más baja a través de sedimentos y basaltos enterrados más lejos de las crestas de las dorsales. [3] El primer tipo de circulación a veces se denomina "activa", y el segundo "pasiva". En ambos casos, el principio es el mismo: el agua de mar fría y densa se hunde en el basalto del fondo marino y se calienta en profundidad, con lo que vuelve a ascender a la interfaz roca-agua del océano debido a su menor densidad. La fuente de calor para los respiraderos activos es el basalto recién formado y, para los respiraderos de temperatura más alta, la cámara de magma subyacente . La fuente de calor para los respiraderos pasivos son los basaltos más antiguos que aún se están enfriando. Los estudios de flujo de calor del fondo marino sugieren que los basaltos dentro de la corteza oceánica tardan millones de años en enfriarse por completo, ya que continúan sustentando sistemas de circulación hidrotermal pasivos.
Los respiraderos hidrotermales son lugares en el fondo marino donde los fluidos hidrotermales se mezclan con el océano suprayacente. [4] Quizás las formas de ventilación más conocidas son las chimeneas naturales conocidas como fumarolas negras . [4]
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La circulación hidrotermal no se limita a los entornos de las dorsales oceánicas. Las células de convección circulantes hidrotermales pueden existir en cualquier lugar donde una fuente anómala de calor, como un magma intruso o un respiradero volcánico , entre en contacto con el sistema de agua subterránea donde la permeabilidad permita el flujo. [5] [6] Esta convección puede manifestarse como explosiones hidrotermales , géiseres y fuentes termales , aunque este no es siempre el caso. [5]
La circulación hidrotermal por encima de los cuerpos de magma se ha estudiado intensamente en el contexto de proyectos geotérmicos en los que se perforan muchos pozos profundos en el sistema para producir y, posteriormente, reinyectar los fluidos hidrotermales. Los conjuntos de datos detallados disponibles a partir de este trabajo muestran la persistencia a largo plazo de estos sistemas, el desarrollo de patrones de circulación de fluidos, historias que pueden verse influenciadas por el magmatismo renovado, el movimiento de fallas o los cambios asociados con la brechificación y la erupción hidrotermal, a veces seguidas de una invasión masiva de agua fría. Un estudio menos directo pero igualmente intensivo se ha centrado en los minerales depositados, especialmente en las partes superiores de los sistemas de circulación hidrotermal.
Para comprender la circulación hidrotermal volcánica y relacionada con el magma es necesario estudiar las explosiones hidrotermales, los géiseres, las fuentes termales y otros sistemas relacionados y sus interacciones con las aguas superficiales y subterráneas asociadas. [5] Un buen entorno para observar este fenómeno son los lagos volcanogénicos, donde las fuentes termales y los géiseres suelen estar presentes. [5] Los sistemas de convección en estos lagos funcionan a través del agua fría del lago que se filtra hacia abajo a través del lecho permeable del lago, se mezcla con el agua subterránea calentada por el magma o el calor residual y asciende para formar fuentes termales en los puntos de descarga. [5]
La existencia de celdas de convección hidrotermal y fuentes termales o géiseres en estos entornos depende no solo de la presencia de un cuerpo de agua más frío y calor geotérmico, sino también depende en gran medida de un límite de no flujo en el nivel freático. [5] Estos sistemas pueden desarrollar sus propios límites. Por ejemplo, el nivel del agua representa una condición de presión de fluido que conduce a la exsolución o ebullición de gas que, a su vez, causa una mineralización intensa que puede sellar grietas.
El término hidrotermal también se refiere al transporte y circulación del agua dentro de la corteza profunda, en general desde zonas de rocas calientes hacia zonas de rocas más frías. Las causas de esta convección pueden ser:
La circulación hidrotermal, en particular en la corteza profunda, es una causa principal de la formación de depósitos minerales y una piedra angular de la mayoría de las teorías sobre la génesis del mineral .
A principios del siglo XX, varios geólogos trabajaron para clasificar los depósitos minerales hidrotermales que supusieron que se formaron a partir de soluciones acuosas que fluyen hacia arriba. Waldemar Lindgren (1860-1939) desarrolló una clasificación basada en las condiciones de temperatura y presión decrecientes interpretadas del fluido depositante. Sus términos: "hipotérmico", "mesotérmico", "epitérmico" y "teleotérmico", expresaban la temperatura decreciente y la distancia creciente desde una fuente profunda. [7] Estudios recientes conservan solo la etiqueta epitermal . La revisión de 1985 de John Guilbert del sistema de Lindgren para depósitos hidrotermales incluye lo siguiente: [8]