Yellowstone Hidrotermal Sistemi

Laboratuvar deneyleri, Yellowstone’un hidrotermal sisteminde sıcak kayalar, su ve gaz etkileştiğinde ne olduğunu açıklamaya yardımcı oluyor.

Laboratuvar deneylerinden elde edilen sonuçlar, Dünya’daki birçok temel fiziksel ve kimyasal süreç hakkında önemli bilgiler sağlamıştır. Ayrıca Yellowstone hidrotermal sistemine başka türlü elde edilemeyecek içgörüler de eklerler. Yellowstone Caldera Chronicles, Yellowstone Volcano Observatory’deki bilim adamları ve işbirlikçileri tarafından yazılan haftalık bir sütundur.

Bu haftanın katkısı, ABD Jeoloji Araştırmasında Araştırma Hidrolojisi Uzmanı Shaul Hurwitz ve Austin’deki Teksas Üniversitesi, Jackson Yerbilimleri Okulu’nda Araştırma Bilimcisi Jeffrey Cullen ve Doçent Jaime Barnes’dan geliyor. Yellowstone’da, büyük miktarlarda seyreltik yağmur ve kar yağışı (meteorik su) yeraltına sızar ve esas olarak alttaki magma tarafından ısıtılır. Sıcak yeraltı suyu, yeraltı riyolit kayalarından aktıktan sonra, Yellowstone’un sayısız pınarı aracılığıyla yer yüzeyinden boşalıyor. Bu boşaltılan sıcak sular, yeraltına sızan soğuk meteorik suyun bileşiminden önemli ölçüde farklı olan çeşitli kimyasal bileşimlere sahiptir.

Bu nedenle, yeraltı suyunun kimyasal bileşimi, yeniden doldurmadan (sızıntı) boşaltmaya kadar olan akış sırasında önemli ölçüde değiştirilir. Yellowstone’da bilimsel sondaj sırasında elde edilen karot numunelerindeki değişiklik mineralleri, riyolitin sıcak yeraltı suyu ile etkileşime girerek değiştirildiğini de ortaya koymaktadır. Suyun yeniden doldurulması ve boşaltılması arasında yeraltı suyu ve riyolit bileşimlerini değiştiren kimyasal reaksiyonları simüle etmek için, Yellowstone’un hidrotermal sistemindekine benzer basınç ve sıcaklıklar altında laboratuvar deneyleri gerçekleştirildi.

Deneylerin ele almaya çalıştığı sorulardan bazıları şunlardır:

• Yer altı suyu ve riyolit, Yellowstone’un sıcak sularının kimyasal bileşimlerini oluşturmak için hangi sıcaklık ve basınçlarda reaksiyona girer?
• Yeraltı suyu ve riyolit farklı sıcaklıklarda reaksiyona girdiğinde oluşan alterasyon mineralleri nelerdir?
• Farklı termal alanlar arasındaki su kimyası farklılıklarının nedenleri nelerdir?
• Magmadan elde edilen CO2 gazının kimyasal reaksiyonlara etkisi nedir?

Deneyleri gerçekleştirmek için, kimyasal olarak inert olan ve bu nedenle su veya kayayla reaksiyona girmeyecek olan altın torbalara küçük riyolit cam (obsidiyen) ve su parçaları yerleştirildi ve ardından mühürlendi. Daha sonra 150 ila 350 derece Celsius (yaklaşık 300 ila 660 derece Fahrenheit) arasında değişen sıcaklıklarda yaklaşık 90 gün boyunca testler yapıldı. Bir deneyde suya karbondioksit (CO2) gazı ilave edildi. Her deneyin sonunda altın torba hızla oda sıcaklığına soğutuldu (söndürüldü) ve reaksiyona giren sular ve riyolit geri kazanıldı. Deneysel ürünler üzerinde farklı kimyasal analizler yapılmıştır. Sonuçlar şunları göstermektedir:

• 1) Riyolit cam, 150 ila 275 santigrat derece (302 ila 527 derece F) arasında artan sıcaklıkla suyu (hidratları) aşamalı olarak emer.
• 2) 275 santigrat derecenin üzerindeki sıcaklıklarda riyolit cam yapısını kaybeder ve alterasyon mineralleri oluşur.
• 3) Sıcaklık arttıkça suyun pH’ı düşer (daha asidik hale gelir).
• 4) 250 santigrat dereceye kadar sıcaklıklarda, hemen hemen tüm klor riyolit içinde tutulurken, daha yüksek sıcaklıklarda, hemen hemen tüm klor riyolitin dışına sızar.
• 5) Reaksiyona giren sudaki flor konsantrasyonları 150 ila 250 santigrat derece arasında artar, ancak daha yüksek sıcaklıklarda kademeli olarak azalır.
• 6) 250 santigrat derecenin üzerindeki sıcaklıklarda flor, alterasyon mineralleri zeolit ​​ve muhtemelen ayrıca biyotite dahil edilir.
• 7) 250 santigrat derecede, CO2 ile reaksiyona giren sular, CO2’siz benzer bir sıcaklıkta reaksiyona giren suya kıyasla çözünmüş iyonlarda önemli ölçüde daha konsantre hale gelir.

Yüzyıllar boyunca, laboratuvar deneylerinden elde edilen sonuçlar, Dünya’daki birçok temel fiziksel ve kimyasal süreç hakkında önemli bilgiler sağlamıştır. Farklı kavramları test etmek ve sayısız süreci ölçmek için laboratuvar deneyleri de kullanılmıştır. Bu bağlamda, riyolit, su ve gaz arasındaki yüksek sıcaklık etkileşimi üzerine yapılan deneysel çalışma, Yellowstone hidrotermal sistemine başka türlü elde edilemeyecek yeni anlayışlar katmaktadır.