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Cod Art 0219 | Rev 01 del 09 Mar 2013 | Data 29 Ott 2009 | Autore: Pierfederici Giovanni

 

   

 

HYDROTHERMAL VENTS - seconda parte -

GENESI DELLE HYDROTHERMAL VENTS

Per capire come nasce un camino idrotermale (o fumaiolo, o ancora sorgente idrotermale), occorono un pò di nozioni di oceanografia. In un prossimo articolo approfondiremo alcuni concetti che ora vedremo, tuttavia è indispensabile sin da subito sapere cosa sia una dorsale oceanica. Lungo le dorsali oceaniche si ha fuoriuscita di magma basaltico che crea continuamente nuova crosta oceanica. Per esempio la dorsale medio-atlantica corre quasi ininterrottamente da sud verso nord. La formazione di nuova crosta oceanica comporta lo spostamento dei fondali oceanici, che poi si insinuano sotto le placche continentali . Per questo il continente americano si allontana da quello europeo. L'attività vulcanica delle dorsali, comporta ovviamente la risalita del magma che si insinua tra le fessure della crosta neoformata, e riscalda l'acqua che poi fuoriesce attraverso le sorgenti sottomarine. Man mano che il fondale si allontana dalla dorsale, l'attività idrotermale viene meno, l'acqua non si risalda più e la sorgente si esaurisce. Questo determina la morte dell'intera comunità che si era insediata nel corso degli anni.
A circa 2 Km di profondità si ha quello che viene definito il centro di reazione (reaction zone, vedere figura sottostante). In questa sede l'acqua viene riscaldata dal magma in risalita e supera i 350 - 400 °C. Si parla di centro di reazione perchè qui l'acqua acquisisce i vari elementi caratteristici del flusso idrotermale. La reaction zone non corrisponde alla camera magmatica vera e propria, bensi ad una zona che si trova immediatamente al di sopra di essa. Nella camera magmatica, con temperature che raggiungono i 1200 °C, non si ha una zona porosa, e quindi è impedito il circolo dell'acqua, che si ha invece nelle zone immediatamente superiore.

Foto1

Fig 1.- Diagramma del ciclo biogeochimico di una sorgente idrotermale oceanica. Fonte: Wikipedia. Licenza: U.S. federal government work, public domain

Le condizioni principali che portano alla formazione di un camino idrotermale sono essenzialmente due. Il fondale deve essere fratturato su un'area abbastanza vasta, in modo tale da consentire la percolazione dell'acqua; l'acqua riscaldata deve poter risalire attraverso un numero limitato di canali, poiché in questo modo può fuoriuscire ad elevata pressione. Se il flusso di risalita si disperde su un areale vasto, verrebbe meno la formazione del camino.

I vari elementi costituenti il flusso idrotermale sono acquisiti dall'acqua (oppure ceduti da essa) secondo modalità complesse. Fondamentale è la pressione dell'acqua a cui si trova la sorgente idrotermale. Infatti il fluido può essere ricco o meno di elementi (li acquisisce oppure li cede) a seconda se è predominante la fase liquida o di vapore. Per capire meglio il concetto, analizziamo il grafico sottostante:

Grafico

Lo stato di solo liquido o solo vapore, o liquido + vapore, dipende dalla temperatura del fluido e dalla pressione. CP indica il Critical Point, il punto ove il fluido è composto esattamente dal 50% di liquido e dal 50% di vapore. Tale condizione si verifica alla temperatura di 407 °C e alla presione di 298 Bar. Se un camino idrotermale si trova ad una profondità a cui corrisponde per esempio una pressione di 350 Bar e la temperatura è di 450 °C, allora si ha una composizione ricca di liquido e povera di vapore, mentre alla stessa temperatura ma ad una pressione inferiore, per esempio 250 Bar, si ha l'opposto, ossia una soluzione ricca in vapore e povera di liquido. Le variazioni di temperatura e pressione giocano quindi un ruolo fondamentale sulla composizione chimica del fluido. L'evaporazione determina la perdita di sali, la condensazione la loro concentrazione. Subentrano poi altri fattori. Per esempio le rocce basaltiche trattengono il potassio solo se la temperatura non supera 150 °C, poi al di sopra di essa cedono il potassio all'acqua di mare, per questo spesso i fluidi idrotermali contengono potassio in quantità superiore all'acqua di mare circostante. Per chi volesse approfondire il chimismo dei fluidi idrotrmali, invitiamo a consultare la bibliografia indicata a fondo pagina.
I costituenti tipici di un fluido idrotermale sono riportati nella tabella sottostante:

Composizione tipica del fluido di un black smoker. T. acqua 350 °C

Composizione

Quantità

Quantità in mare

Unità di misura

H2S
H2
CH4
Mn
Fe
Be
Zn
Cu
Ag
Pb
Co
Si
Al
Ba
Cs
Li
Rb
CO2
Ca
Sr
B
As
Se
P
Mg
SO4
Alk

3 - 12
0.05 - 1
25 - 100
360 - 1140
750 - 6500
10 - 40
40 - 100
10 - 40
25 - 40
10 - 360
20 - 220
15 - 20
5 - 20
10 - 40
100 - 200
410 - 1320
10 - 30
5 - 15
10 - 55
90
450 - 560
30 - 450
1 - 75
0.5
0
0.1
-

0
0
0
0
0
0
0.01
0.007
0.02
0.01
0.03
0.05
0.02
0.15
2
25
1
2
10
85
415
30
2
2
50
30
2

mM/Kg
mM/Kg
μM/Kg
μM/Kg
μM/Kg
nM/Kg
μM/Kg
μM/Kg
nM/Kg
nM/Kg
nM/Kg
mM/Kg
μM/Kg
μM/Kg
nM/Kg
μM/Kg
μM/Kg
mM/Kg
mM/Kg
μM/Kg
μM/Kg
nM/Kg
nM/Kg
μM/Kg
mM/Kg
mM/Kg
mM/Kg

Fonte: The ecology of deep-sea hydrothermal vents. Princeton University Press

LA RADIAZIONE LUMINOSA

In alcuni camini della MID (Mid Atlantic Ridge) è stata misurata una radiazione luminosa associata all'alta temperatura dei fluidi emessi. La radiazione emessa è compresa nell'infrarosso vicino (750 - 1050 nmt.). Essa funge da fonte di energia per alcune reazioni fototrofe. Infatti in alcune fumarole nere al largo della costa Messicana, a 2500 m. di profondità sono stati scoperti batteri fototrofi (Beatty, et al., 2005) appartenenti al genere Chlorobiaceae, che utilizzano per la fotosintesi una fonte di luce diversa da quella del sole.

 

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BIBLIOGRAFIA