1. Trang Chủ
  2. Địa Lý
  3. Cấu trúc và các qúa trình hình thành đại dương ( Nhà xuất bản đại học quốc gia hà nội ) - Chương 5

Cấu trúc và các qúa trình hình thành đại dương ( Nhà xuất bản đại học quốc gia hà nội ) - Chương 5

HOạT ĐộNG THủY NHIệT TRONG Vỏ ĐạI DƯƠNG Sự phát hiện ra các họng phun nước nóng trên đáy đại dương vào những năm 1970 được xem là một trong những sự kiện khoa học thú vị trong lịch sử nghiên cứu đại dương. Đó là khung cảnh ấn tượng của những cột “khói đen” (hình 5.1) nằm trên đáy biển, nơi mà các giếng nước nóng có nhiệt độ từ 350oC hoặc lớn hơn phun lên thành những làn “khói” dày đặc, có màu đen do chứa các hạt mịn sunfua kim loại. ở nhiệt độ thấp hơn (30... CH¦¥NG 5 HO¹T §éNG THñY NHIÖT TRONG

Thể loại Tài liệu miễn phí Địa Lý

Số trang 30

Ngày tạo 8/29/2018 11:44:03 PM +00:00

Loại tệp PDF

Kích thước 2.32 M

Tên tệp

Tải Cấu trúc và các qúa trình hình thành đại dương ( N... (.pdf)

Xem mẫu

  1. CH¦¥NG 5 HO¹T §éNG THñY NHIÖT TRONG Vá §¹I D¦¥NG Sù ph¸t hiÖn ra c¸c häng phun n­íc nãng trªn ®¸y ®¹i d­¬ng vµo nh÷ng n¨m 1970 ®­îc xem lµ mét trong nh÷ng sù kiÖn khoa häc thó vÞ trong lÞch sö nghiªn cøu ®¹i d­¬ng. §ã lµ khung c¶nh Ên t­îng cña nh÷ng cét “khãi ®en” (h×nh 5.1) n»m trªn ®¸y biÓn, n¬i mµ c¸c giÕng n­íc nãng cã nhiÖt ®é tõ 350oC hoÆc lín h¬n phun lªn thµnh nh÷ng lµn “khãi” dµy ®Æc, cã mµu ®en do chøa c¸c h¹t mÞn sunfua kim lo¹i. ë nhiÖt ®é thÊp h¬n (30 - 330oC), nh÷ng lµn khãi nµy chuyÓn sang mµu tr¾ng do sù cã mÆt cña c¸c h¹t bari sunfat vµ ®­îc gäi cét “khãi tr¾ng”. Ýt g©y chó ý h¬n, nh­ng cã ý nghÜa kh«ng kÐm phÇn quan träng lµ sù hiÖn diÖn cña nh÷ng m¹ch phun trµo n­íc Êm víi nhiÖt ®é dao ®éng tõ 10- 20oC trªn nÒn nhiÖt ®é n­íc vïng ®¸y biÓn bao quanh 2-3 oC. Sù ph¸t triÓn cña c¸c m¹ch phun trµo n­íc nãng ®· t¹o ra mét hÖ thèng sinh th¸i kh¸c th­êng (h×nh 5.2), trong ®ã nguån n¨ng suÊt nguyªn sinh lµm c¬ së h×nh thµnh l­íi thøc ¨n ®Þa ph­¬ng trong m«i tr­êng nµy kh«ng phô thuéc vµo quang hîp mµ phô thuéc vµo ho¹t ®éng cña c¸c vi khuÈn cã kh¶ n¨ng tæng hîp hãa häc nhê hÊp thô n¨ng l­îng b»ng qóa tr×nh ü«y hãa c¸c hîp chÊt sunfua tõ giÕng phun. Sau khi vá ®¹i d­¬ng võa h×nh thµnh tõ qóa tr×nh phun trµo vµ cßn nãng ch¶y, n­íc biÓn cã thÓ x©m nhËp vµ l­u th«ng tuÇn hoµn qua c¸c tÇng ®¸ phun trµo vµ t¹o ra qóa tr×nh thñy nhiÖt. HiÖn t­îng nµy kh«ng thÓ coi lµ b×nh th­êng bëi gÇn mét phÇn ba ®¸y biÓn vµ ®¹i d­¬ng trªn thÕ giíi ®Òu xuÊt hiÖn hÖ thèng ho¹t ®éng thñy nhiÖt n­íc biÓn. Víi tèc ®é l­u th«ng trung b×nh cña mçi giät n­íc trong 1,4 tØ km3 n­íc biÓn qua vá ®¹i d­¬ng lµ vµi triÖu n¨m th× ®ñ thêi gian ®Ó x¶y ra sù trao ®æi nguyªn tè hãa häc gi÷a n­íc biÓn vµ bazan nãng ch¶y trªn quy m« lín. Cã thÓ nãi vá ®¹i d­¬ng lµ m«i tr­êng ®Öm chøa c¸c thµnh phÇn hãa häc cña ®¹i d­¬ng vµ lµ nguån duy nhÊt cung cÊp mét sè nguyªn tè hãa häc cã trong thµnh phÇn n­íc biÓn. Sù h×nh thµnh c¸c tÝch tô sunfua kim lo¹i do ho¹t ®éng phun trµo cña dung dÞch thñy nhiÖt trong lßng ®¹i d­¬ng lµ mét trong nh÷ng c¬ chÕ sinh quÆng chÝnh cña Tr¸i ®Êt. Nh÷ng má quÆng sunfÝt n»m trong phøc hÖ ophiolit ®­îc t×m thÊy trªn ®¶o SÝp vµ Newfoundland (mét ®¶o biÓn ngoµi kh¬i phÝa ®«ng nam Canada) lµ kiÓu quÆng ph¸t triÓn theo c¬ chÕ nµy.
  2. H×nh 5.1: H×nh ¶nh mét cét “khãi ®en” xuÊt hiÖn trong vïng ®íi trôc khu vùc sèng nói ®«ng Th¸i B×nh D­¬ng. Sù biÕn ®æi vÒ thµnh phÇn hãa häc vµ nhiÖt ®é cña dung dÞch ®­îc phun lªn tõ ®¸y biÓn víi nhiÖt ®é 3500C khi tiÕp xóc víi n­íc biÓn l¹nh bao quanh ë tÇng ®¸y ®· lµm c¸c h¹t sunfua kim lo¹i bÞ kÕt tña nhanh chãng vµ r¬i xuèng chång chÊt quanh miÖng phun trµo t¹o thµnh èng khãi víi sù tho¸t ra liªn tôc cña mét lµn “khãi ®en” dµy ®Æc. §­êng kÝnh häng tho¸t kho¶ng 20cm Tr­íc khi ph¸t hiÖn ra nh÷ng häng phun trµo nhiÖt dÞch ®Çu tiªn trªn ®¸y ®¹i d­¬ng, c¸c nhµ nghiªn cøu ®· tõng nghÜ ®Õn sù cã mÆt cña chu tr×nh thñy nhiÖt trong líp vá ®¹i d­¬ng t¹i vïng trôc sèng nói tõ nhiÒu n¨m tr­íc khi hä t×m thÊy mét hÖ thèng ho¹t ®éng t­¬ng tù t¹i c¸c vïng nói löa trªn ®Êt liÒn vµo gi÷a nh÷ng n¨m 1960. Trªn thùc tÕ, c¸c vïng trôc sèng nói ®· ®­îc c«ng nhËn lµ mét trong nh÷ng ®íi ho¹t ®éng nói löa trªn tr¸i ®Êt nªn kh¶ n¨ng xuÊt hiÖn c¸c ho¹t ®éng nhiÖt dÞch trong líp vá n»m bªn d­íi lµ rÊt tù nhiªn. Nh÷ng b»ng chøng cô thÓ cho kÕt qña suy luËn nµy lµ ®· ®­îc t×m thÊy ë Iceland (h×nh 5.3), n¬i cã sù ho¹t ®éng thùc sù cña c¸c m¹ch n­íc nãng vµ häng phun trµo nhiÖt dÞch ë hai bªn d¶i sèng nói gi÷a §¹i T©y D­¬ng (h×nh 4.22). Cïng kho¶ng thêi gian nµy, kÕt qu¶ ph©n tÝch hãa häc c¸c mÉu trÇm tÝch ®¸y biÓn còng cho thÊy sù t¨ng dÇn cña hµm l­îng s¾t, mangan vµ mét sè kim lo¹i kh¸c (nh­ Ag, Cr, Pb, Zn) trong trÇm tÝch vÒ phÝa trôc sèng nói (h×nh 5.4). Nh­ vËy, râ rµng lµ
  3. nguån cung cÊp c¸c nguyªn tè kim lo¹i nµy ph¶i ®­îc h×nh thµnh ngay trªn ®¸y biÓn vµ chÝnh c¸c ho¹t ®éng cña dßng thñy nhiÖt nãng lµ nguån gèc sinh ra chóng . H×nh 5.2: H×nh ¶nh nh÷ng sinh vËt h×nh èng lµ c­ d©n chÝnh cña hÖ sinh th¸i ®Æc tr­ng cho khu vùc bao quanh c¸c häng phun trµo nhiÖt dÞch. §©y lµ nh÷ng sinh vËt cã mµu ®á sèng trong líp vá bao bäc h×nh èng b»ng chÊt chitin víi chiÒu dµi cã thÓ tíi vµi mÐt. Loµi sinh vËt nµy kh«ng cã d¹ dµy, nh÷ng cã thÓ hÊp thô dinh d­ìng trùc tiÕp tõ n­íc biÓn. Loµi gi¸p x¸c nhá quan s¸t thÊy trong ¶nh kh«ng cã m¾t bëi hè m¾t cña chóng ®· bÞ biÕn ®æi thÝch øng víi m«i tr­êng thµnh cµng n¹o ®Ó ®µo bíi c¸c vi sinh vËt b¸m phñ trªn th©n cña sinh vËt èng lµm thøc ¨n KÕt qu¶ ph©n tÝch c¸c mÉu ®Êt ®¸ bazan vïng trôc sèng nói ®· cho thªm nh÷ng b»ng chøng kh¸c. §ã lµ c¸c dÊu vÕt biÕn ®æi, biÕn chÊt cña ®Êt ®¸ liªn quan ®Õn qóa tr×nh t­¬ng t¸c víi n­íc biÓn nãng trong nhiÒu mÉu. Ngoµi ra, c¸c nghiªn cøu vÒ phøc hÖ ophiolit cã chøa quÆng ®· cho thÊy sù x©m nhËp s©u cña mét khèi n­íc biÓn lín vµo vá ®¹i d­¬ng tíi h¬n 5km vµ l­u th«ng tuÇn hoµn trong ®ã víi nhiÖt ®é cao.
  4. H×nh 5.3: Ho¹t ®éng cña mét m¹ch phun trµo nhiÖt dÞch ë Iceland. N­íc nãng vµ h¬i n­íc ®­îc phun lªn d÷ déi vµ gÇn nh­ liªn tôc tõ c¸c miÖng tho¸t nhá. H×nh 5.4: B¶n ®å (®­îc thµnh lËp vµo nh÷ng n¨m 1960) biÓu diÔn tØ lÖ hµm l­îng t­¬ng quan gi÷a c¸c nguyªn tè Al, Fe vµ Mn so víi Al trong tÇng trÇm tÝch mÆt trªn ®¸y ®¹i d­¬ng. TØ lÖ nµy gi¶m dÇn theo kho¶ng c¸ch xa dÇn trôc sèng nói v× Al lµ hîp phÇn chÝnh cña c¸c kho¸ng vËt sÐt, ®ã lµ mét trong nh÷ng kho¸ng vËt cã mÆt trong trÇm tÝch biÓn s©u vµ nguån cung cÊp Al chñ yÕu cho ®¹i d­¬ng chÝnh lµ c¸c qóa tr×nh phong hãa trªn lôc ®Þa. Tr¸i l¹i, Fe vµ Mn lµ hai nguyªn tè ®­îc h×nh
  5. thµnh t¹i chç trªn ®¸y ®¹i d­¬ng tõ c¸c qóa tr×nh ho¹t ®éng thñy nhiÖt gÇn trôc sèng nói 5.1. B¶N CHÊT CñA qóa tr×nh thñy nhiÖt C¸c hÖ thèng thñy nhiÖt cã hai ®Æc tr­ng c¬ b¶n: thø nhÊt, chóng th­êng xuÊt hiÖn t¹i c¸c khu vùc cã gradien ®Þa nhiÖt cao do tÇng ®¸ nãng ch¶y n»m gÇn s¸t bÒ mÆt ®¸y ®¹i d­¬ng vµ cã mét “hÖ thèng m¹ng l­íi” khe nøt trong líp vá cho phÐp n­íc biÓn l¹nh cã thÓ thÈm thÊu xuèng c¸c tÇng ®¸ bªn d­íi vµ råi sau ®ã d©ng tråi ng­îc trë l¹i bÒ mÆt ®¸y d­íi d¹ng n­íc nãng. Thø hai, qóa tr×nh x©m nhËp cña n­íc biÓn qua lç hæng, khe hë vµ c¸c vÕt r¹n nøt trong líp vá b»ng con ®­êng thÈm thÊu th­êng diÔn ra trªn diÖn réng trong khi qóa tr×nh d©ng tråi ng­îc l¹i chØ tËp trung qua mét sè kªnh tho¸t h÷u h¹n khiÕn qóa tr×nh phun trµo diÔn ra m¹nh mÏ (h×nh 5.5). H×nh 5.5: S¬ ®å mÆt c¾t qua mét vïng trôc t¸ch d·n th­êng minh häa ho¹t ®éng ®èi l­u cña c¸c dßng thñy nhiÖt trong líp vá ®¹i d­¬ng. H­íng c¸c mòi tªn cho thÊy qóa tr×nh thÈm thÊu vµ x©m nhËp cña n­íc biÓn lan táa trªn diÖn réng trong khi qóa tr×nh trôc xuÊt nã ra khái líp vá chØ giíi h¹n trong hÖ thèng chïm tia m¹ch lan táa hÑp. Ho¹t ®éng cña qóa tr×nh nµy dÉn ®Õn sù h×nh thµnh cña c¸c má kho¸ng vËt trªn bÒ mÆt vµ trong líp vá biÓu hiÖn qua sù tËp trung cao cña c¸c trÇm tÝch giµu kim lo¹i t¹i vïng trôc sèng nói nh­ trªn h×nh 5.4. Kh¸i niÖm “quÆng x©m t¸n” sÏ ®­îc gi¶i thÝch trong môc 5.3.1 Sù kh¸c nhau chÝnh gi÷a hÖ thèng thñy nhiÖt x¶y ra trong ®¹i d­¬ng vµ trªn lôc ®Þa lµ ë chç nã ph¶i chÞu ¸p lùc thñy tÜnh cao khi diÔn ra trong vá d¹i d­¬ng do søc nÆng cña tÇng n­íc biÓn dÇy hµng ngh×n mÐt ®Ì lªn, trong khi trªn lôc ®Þa nã chØ ph¶i chÞu ¸p suÊt khÝ quyÓn. Trªn quy m« toµn cÇu, ho¹t ®éng cña c¸c dßng thñy nhiÖt trong ®¹i d­¬ng quan träng h¬n nhiÒu so víi ho¹t ®éng thñy nhiÖt trªn lôc ®Þa v× hai lý do. Thø nhÊt nã xuÊt hiÖn däc theo toµn bé chiÒu dµi cña hÖ thèng trôc sèng nói ®¹i d­¬ng vµ ph¸t triÓn réng ra hai bªn s­ên, ho¹t
  6. ®éng cña nã gÇn nh­ kh«ng ngõng nghØ v× sù sinh thµnh cña vá ®¹i d­¬ng míi diÔn ra gÇn nh­ liªn tôc trong suèt lÞch sö ®Þa chÊt. Thø hai, nhiÖt ®é cña c¸c dßng thñy nhiÖt vµ tèc ®é phun trµo cña nã cao h¬n nhiÒu so víi hÖ thèng thñy nhiÖt x¶y ra trªn lôc ®Þa. 5.1.1. Dßng nhiÖt, qóa tr×nh ®èi l­u vµ thÈm thÊu Ranh giíi d­íi cña líp vá ®¹i d­¬ng cã nhiÖt ®é cao h¬n ranh giíi trªn, do sù tiÕp xóc víi n­íc biÓn vµ trÇm tÝch ­ít nªn bÒ mÆt ranh giíi trªn chØ kho¶ng vµi ®é trªn OoC. Sù chªnh lÖch nhiÖt ®é nµy ®Æc biÖt râ nÐt ë nh÷ng vïng gÇn trôc sèng nói ®ang ho¹t ®éng, n¬i cã sù xuÊt hiÖn cña c¸c lß macma nãng (th­êng trªn 900oC, trõ khi bÞ kÕt tinh hoµn toµn) n»m bªn d­íi, nh­ng kh«ng cã sù che phñ cña tÇng trÇm tÝch mÆt hoÆc rÊt Ýt. NhiÖt ®é tho¸t ra tõ phÇn vá nãng sÏ ph¶i lan tíi phÇn vá l¹nh vµ qóa tr×nh nµy diÔn ra theo hai ph­¬ng thøc: truyÒn dÉn do qóa tr×nh khuÕch t¸n nhiÖt lªn trªn hoÆc ®èi l­u theo qóa tr×nh chuyÓn ®éng cña khèi n­íc tøc lµ qua chu tr×nh thñy nhiÖt. VËy theo ph­¬ng thøc nµo sÏ quan träng h¬n? Sù chªnh lÖch nhiÖt ®é gi÷a bÒ mÆt trªn vµ bÒ mÆt d­íi cña líp vá sÏ gi¶m dÇn theo sù nguéi l¹nh cña líp th¹ch quyÓn khi xa rêi trôc sèng nói ho¹t ®éng. Nh­ b¹n ®· biÕt, qóa tr×nh co xÑp cña th¹ch quyÓn do mÊt nhiÖt ®· dÉn tíi mèi t­¬ng gi÷a tuæi- ®é s©u cña ®¸y biÓn theo hµm sè mò (h×nh 2.13). NÕu xÐt vÒ lý thuyÕt, mét mèi t­¬ng quan t­¬ng tù gi÷a tuæi vµ tèc ®é mÊt nhiÖt cña vá ®¹i d­¬ng còng cã thÓ ®­îc x©y dùng nÕu gi¶ thiÕt sù mÊt nhiÖt chñ yÕu lµ do truyÒn dÉn, tøc lµ qóa tr×nh khuyÕch t¸n nhiÖt qua líp vá cøng. H×nh 5.6: §å thÞ biÓu diÔn mèi t­¬ng quan gi÷a dßng nhiÖt (tèc ®é mÊt nhiÖt trªn ®¬n vÞ diÖn tÝch bÒ mÆt ®¸y) vµ tuæi cña líp vá ®¸y ®¹i d­¬ng trªn thÕ giíi theo lý thuyÕt vµ ®o ®¹c thùc tÕ. C¸c chÊm nhá t¹i t©m ®iÓm giao nhau h×nh dÊu céng lµ c¸c gi¸ trÞ dßng nhiÖt trung b×nh trong khu vùc theo tØ lÖ kho¶ng c¸ch tuæi trªn trôc hoµnh. ChiÒu cao cña c¸c thanh
  7. ®øng biÓu diÔn ®é lÖch chuÈn so víi c¸c kÕt qña ®o ®¹c trung b×nh trªn thùc tÕ. §­êng cong ®øt ®o¹n thÓ hiÖn hµm suy gi¶m dßng nhiÖt theo møc ®é xa dÇn trôc sèng nói theo lý thuyÕt víi gi¶ thiÕt qóa tr×nh mÊt nhiÖt chñ yÕu lµ do truyÒn dÉn. Vïng mµu ®en thÓ hiÖn l­îng nhiÖt bÞ mÊt do c¸c qóa tr×nh kh¸c mµ kh«ng thÓ ®o ®­îc b»ng thiÕt bÞ. KÕt qña ®o ®¹c dßng nhiÖt truyÒn dÉn (tèc ®é mÊt nhiÖt trªn mét ®¬n vÞ diÖn tÝch bÒ mÆt) ®­îc thùc hiÖn b»ng c¸ch ®­a c¸c dông cô ®o nhiÖt c¶m øng vµo trong tÇng trÇm tÝch n»m che phñ trªn tÇng ®¸ x©m nhËp phun trµo. H×nh 5.6 biÓu diÔn c¸c biÕn thiªn cña dßng nhiÖt truyÒn dÉn trªn ®¸y ®¹i d­¬ng theo kÕt qña tÝnh to¸n lý thuyÕt vµ ®o ®¹c trùc tiÕp. C©u hái 5.1 (a) Theo kÕt qña tÝnh to¸n lý thuyÕt, t¹i c¸c vïng sèng nói cã mét dÞ th­êng nhiÖt truyÒn dÉn lín. VËy, nh÷ng kÕt qña ®o ®¹c cã x¸c nhËn ®iÒu nµy kh«ng? (b) Vïng mµu ®en trªn h×nh 5.6 cã ý nghÜa nh­ thÕ nµo? (c) §å thÞ ®­êng cong trªn h×nh 5.6 cã g× gièng víi ®å thÞ ®­êng cong trªn h×nh 2.13? (d) H×nh 5.6 cã ý nghÜa nh­ thÕ nµo ®èi víi nhËn ®Þnh ë ®Çu ch­¬ng r»ng kho¶ng mét phÇn ba ®¸y ®¹i d­¬ng cã hÖ thèng thuû nhiÖt ho¹t ®éng bªn d­íi? NhËn ®Þnh vÒ “l­îng nhiÖt thÊt tho¸t b»ng ph­¬ng thøc kh¸c” qua c©u hái 5.1 ®· cung cÊp cho c¸c nhµ khoa häc biÓn b»ng chøng nhÊt qu¸n vÒ sù cã mÆt cña chu tr×nh thñy nhiÖt trong líp vá ®¹i d­¬ng trªn quy m« lín, khi mµ nã vÉn cßn n»m trong sù pháng ®o¸n kÐo dµi tíi tËn ®Çu nh÷ng n¨m 1970. Cã hai ®iÒu kiÖn quan träng nhÊt ®Ó qóa tr×nh truyÒn nhiÖt ®èi l­u x¶y ra lµ gradien ®Þa nhiÖt ph¶i ®ñ lín ®Ó th¾ng ®­îc c¸c lùc c¶n tù nhiªn trong chuyÓn ®éng cña chÊt láng vµ bªn trong líp vá ph¶i cã sù ph¸t triÓn cña c¸c khe nøt ®Ó n­íc biÓn cã kh¶ n¨ng l­u th«ng trong ®ã- hay nãi c¸ch kh¸c, c¸c lo¹i ®¸ trong cÊu tróc líp vá ph¶i cã tÝnh chÊt thÈm thÊu. Nh÷ng yÕu tè nµo ®· gióp cho vá ®¹i d­¬ng cã tÝnh thÈm thÊu ®Ó n­íc biÓn cã thÓ l­u th«ng trong nã? DÜ nhiªn, ®ã chÝnh lµ nh÷ng ®øt g·y lín vµ khe nøt, nh­ng còng cã thÓ lµ c¸c vÕt r¹n nøt xuÊt hiÖn trong ®¸, ch¼ng h¹n nh­ c¸c thí chÎ trong dung nham lava d¹ng gèi hay nh÷ng kho¶ng trèng gi÷a c¸c gèi dung nham vµ c¸c “m¶nh vôn” trong tÇng ®Þa chÊn 2A vµ nh÷ng khe nøt n»m bªn trong vµ gi÷a c¸c v¸ch dung nham d¹ng dyke. §é thÈm thÊu cña líp vá n»m gÇn c¸c trôc t¸ch d·n ho¹t ®éng th­êng lµ lín nhÊt do qóa tr×nh nguéi l¹nh cña c¸c ®¸ phun trµo nãng ch¶y trong líp vá ®· sinh ra nhiÒu khe nøt míi. C¸c khe nøt nµy sÏ dÇn bÞ lÊp ®Çy bëi sù kÕt tña cña c¸c kho¸ng vËt tõ dung dÞch ®ang l­u th«ng trong líp vá khi líp th¹ch quyÓn míi bÞ ®Èy ra xa trôc t¸ch d·n, ®ång thêi lµ sù xuÊt hiÖn cña c¸c qóa tr×nh l¾ng däng trÇm tÝch trªn bÒ mÆt khiÕn líp vá ngµy cµng dÇy h¬n vµ theo ®ã, ®é thÈm thÊu cña nã còng v× thÕ mµ bÞ gi¶m dÇn.
  8. 5.2. Nh÷ng BIÕN §æI HãA HäC trong qóa tr×nh THñY NHIÖT §Ó cã thÓ t×m hiÓu râ qóa tr×nh ho¹t ®éng cña dßng ®èi l­u n­íc biÓn trong vá ®¹i d­¬ng, nhiÒu thùc nghiÖm m« pháng theo qóa tr×nh nµy ®· ®­îc thùc hiÖn trong phßng thÝ nghiÖm víi c¸c ®iÒu kiÖn m«i tr­êng gÇn t­¬ng tù. Tr­íc hÕt, ng­êi ta cho n­íc biÓn l­u th«ng tuÇn hoµn qua c¸c tÇng ®¸ bazan bÞ nghiÒn n¸t trong nh÷ng kho¶ng thêi gian kh¸c nhau t¹i ®iÒu kiÖn ¸p suÊt thÝch hîp vµ nhiÖt ®é ®· ®­îc n©ng cao, cã kÌm theo sù thay ®æi tØ lÖ n­íc:®¸ vµ sau ®ã quan s¸t. KÕt qña cho thÊy ®· cã nh÷ng sù thay ®æi m¹nh mÏ dÔ nhËn thÊy vµ c¸c ph¶n øng hãa häc x¶y ra rÊt nhanh so víi thang bËc thêi gian ®Þa chÊt. Ch¼ng h¹n, chØ trong qu·ng thêi gian thêi gian tõ vµi tuÇn ®Õn vµi th¸ng, toµn bé manhª vµ sunfat trong n­íc biÓn ®Òu bÞ chuyÓn sang thµnh phÇn cña ®¸ trong khi mét l­îng lín kali, canxi vµ silic cã trong ®¸ l¹i bÞ n­íc biÓn ph©n läc ra. Nh­ vËy, râ rµng c¸c ho¹t ®éng thñy nhiÖt cã thêi ®· bÞ l·ng quªn l¹i chÝnh lµ t¸c nh©n quan träng dÉn ®Õn qóa tr×nh c©n b»ng hãa häc trong ®¹i d­¬ng suèt thêi kú lÞch sö Tr¸i ®Êt. Sau nµy, nhiÒu m« h×nh thÝ nghiÖm vÉn tiÕp tôc ®­îc thùc hiÖn nh»m ®Þnh l­îng chÝnh x¸c h¬n nh÷ng biÕn ®æi ®· x¶y ra v× nhiÒu hîp phÇn cña hÖ thèng tù nhiªn kh«ng thÓ dÔ dµng cã thÓ thu mÉu. 5.2.1. Sù biÕn ®æi cña ®Êt ®¸ Ghi chó: Trong phÇn nµy, b¹n ®äc kh«ng nhÊt thiÕt ph¶i ghi nhí nh÷ng ®Þnh nghÜa vÒ c¸c lo¹i ®¸ vµ tªn kho¸ng vËt ®­îc ®Ò cËp ®Õn. NÕu ng­êi nµo ®· cã nh÷ng hiÓu biÕt Ýt nhiÒu vÒ th¹ch häc vµ kho¸ng vËt th× chØ cÇn ®äc hiÓu c¸c môc 1,2,3 råi thùc hµnh theo c¸c chØ dÉn sau ®ã : 1. C¸c lo¹i ®¸ cã thµnh phÇn bazan sÏ kÕt tinh hoµn toµn khi m«i tr­êng nhiÖt ®é xÊp xØ 9000C, cã nghÜa lµ qóa tr×nh ®«ng cøng cña nã sÏ x¶y ra trong kho¶ng nhiÖt ®é ®ã vµ nhiÖt ®é kÕt tinh chÝnh x¸c phô thuéc vµo ¸p suÊt m«i tr­êng, ®é ngËm n­íc cña ®¸. Mçi lo¹i ®¸ ®­îc cÊu thµnh bëi mét tæ hîp kho¸ng vËt ®Æc tr­ng (cã thÓ bao gåm mét vµi m¶nh vôn thñy tinh nói löa nÕu ®ã lµ c¸c dung nham lava d¹ng gèi) kh«ng bÒn v÷ng vÒ mÆt hãa häc trong m«i tr­êng n­íc biÓn. Do ®ã, khi tiÕp xóc víi n­íc biÓn l¹nh, thµnh phÇn hãa häc cña ®¸ cã thÓ bÞ biÕn ®æi vµ khi gÆp n­íc biÓn nãng, nh÷ng biÕn ®æi nµy cµng trë nªn m¹nh mÏ h¬n. 2. Trong ®iÒu kiÖn m«i tr­êng n­íc biÓn l¹nh, c¸c lo¹i ®¸ bazan ®Òu chÞu t¸c ®éng cña qóa tr×nh phong hãa x¶y ra trªn ®¸y biÓn víi c¬ chÕ t­¬ng tù nh­ trªn ®Êt liÒn, nh­ng b¶n th©n c¸c lo¹i ®¸ sÏ bÞ biÕn ®æi hoµn toµn sang kiÓu kh¸c (biÕn chÊt) khi tiÕp xóc víi dßng biÓn nãng trong chu tr×nh thñy nhiÖt. 3. Qóa tr×nh biÕn chÊt ®¸ do ho¹t ®éng thñy nhiÖt th­êng x¶y ra trong m«i tr­êng nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt mµ t¹i ®ã c¸c ®¸ bÞ biÕn chÊt thµnh ®¸ phiÕn lôc. §©y lµ lo¹i ®¸ cã chøa tæ hîp kho¸ng vËt hoµn toµn kh¸c so víi c¸c ®¸ banzan nguyªn sinh ch­a bÞ biÕn ®æi. ë ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt cao h¬n, bazan trong c¸c phÇn s©u cña tÇng ®Þa chÊn 2 vµ gabro trong c¸c phÇn trªn cña tÇng ®Þa chÊn 3 sÏ bÞ biÕn ®æi thµnh amphibolit. Nãi chung, qóa tr×nh biÕn chÊt
  9. kh«ng lµm thay ®æi nhiÒu diÖn m¹o bªn ngoµi cña c¸c lo¹i ®¸ bazan. Quan s¸t c¸c mÉu ®¸ trªn h×nh 4.2(b) - (e), b¹n sÏ thÊy chóng rÊt gièng ®¸ t­¬i, nh­ng l¹i kh«ng ph¶i lµ ®¸ t­¬i mµ lµ ®¸ t­¬i ®· bÞ biÕn ®æi bëi qóa tr×nh biÕn chÊt vµ phong hãa trªn ®¸y biÓn. §Ó hiÓu ®­îc nh÷ng biÕn ®æi cña ®¸ do t¸c ®éng cña nh÷ng qu¸ tr×nh nµy g©y ra, chóng ta h·y xem xÐt vÒ sù biÕn ®æi thµnh phÇn kho¸ng vËt cña nã. PhÇn tãm t¾t d­íi ®©y sÏ cho b¹n biÕt vÒ nh÷ng biÕn ®æi thµnh phÇn kho¸ng vËt chÝnh cã thÓ x¶y ra ®èi víi c¸c lo¹i ®¸ banzan trªn ®¸y biÓn. (i) Tæ hîp kho¸ng vËt chÝnh thµnh t¹o nªn c¸c lo¹i ®¸ bazan (nh­ dung nham lava d¹ng gèi, d¹ng dyke trong tÇng ®Þa chÊn 2 hay gabro trong tÇng ®Þa chÊn 3, (h×nh 4.2)), khi ch­a bÞ biÕn ®æi vµ cßn t­¬i lµ: fenpat plagiocla giµu canxi, Ca Al2 Si2 O8 (kho¶ng 50 - 70 %); pyroxen, Ca(Mg,Fe)Si2O6 ( kh. 30 - 40 %); olivin, (Mg,Fe)2SiO4 (kh. 0 - 10 %); vµ thñy tinh bazan (cã thÓ chiÕm tíi 70% trong dung nham lava d¹ng gèi). (ii) Trong cÊu t¹o líp vá ®¸y ®¹i d­¬ng, c¸c dung nham lava d¹ng gèi n»m ë ph©n líp trªn cïng cña tÇng ®Þa chÊn 2 do vËy chóng cã nhiÒu c¬ héi tiÕp xóc víi n­íc biÓn tÇng ®¸y trong kho¶ng nhiÖt ®é tõ 2 - 30C hoÆc thÊp h¬n. C¸c ph¶n øng hãa häc gi÷a dung nham vµ n­íc biÓn nãi chung ®Òu do t¸c ®éng cña qóa tr×nh phong hãa ®¸y biÓn vµ chóng diÔn ra t­¬ng tù nh­ nh÷ng ph¶n øng x¶y ra trªn ®Êt liÒn, tøc lµ còng cã sù biÕn ®æi fenpat vµ thñy tinh dung nham thµnh kho¸ng vËt sÐt (lµ c¸c hîp chÊt alumosilicat ngËm n­íc) vµ cã sù h×nh thµnh cña líp vá hay cßn gäi lµ mò s¾t do qóa tr×nh ü«y hãa s¾t vµ kÕt tña oxit mangan. Qóa tr×nh phong hãa nµy cã thÓ x¶y ra ë bÊt kú khu vùc nµo trªn ®¸y biÓn nÕu cã sù xuÊt lé cña c¸c tÇng ®¸ bazan trªn bÒ mÆt ®¸y. (iii) Mét nhãm c¸c kho¸ng vËt alumosilicat kh¸c cã tªn gäi chung lµ zeolit cã thÓ ®­îc thµnh t¹o trªn ®¸y biÓn do qóa tr×nh phong hãa ®¬n thuÇn hoÆc do c¸c ph¶n øng thñy nhiÖt khi nhiÖt ®é t¨ng cao tíi 100-2000C. (iv) Trong kho¶ng ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é ®Æc tr­ng cho phÇn lín c¸c hÖ thèng thñy nhiÖt trong ®¹i d­¬ng lµ tõ 200-4000C, mét tæ hîp kho¸ng vËt hoµn toµn míi sÏ ®­îc h×nh thµnh, chóng cã thÓ bao gåm nh÷ng tËp hîp kho¸ng vËt kh¸c nhau trong sè nh÷ng kho¸ng vËt sau : plagiocla giµu natri (albit), NaAlSi3O8; clorit (mét kho¸ng vËt gièng nh­ mica nh­ng cã mµu xanh ®Ëm), (Mg,Fe,Al)3(Si,Al)2O5(OH)4; th¹ch anh, SiO2; epidot, Ca2(Al,Fe)3Si3O12(OH); actinolit, Ca2(Al,Fe)5Si8O22(OH)2;
  10. Mét khi tæ hîp kho¸ng vËt nµy ®· ®­îc h×nh thµnh vµ æn ®Þnh, ®¸ sÏ chuyÓn sang d¹ng phiÕn lôc - lµ lo¹i ®¸ biÕn chÊt kh¸ phæ biÕn trong vá ®¹i d­¬ng. TØ lÖ c¸c hîp phÇn kho¸ng vËt trong lo¹i ®¸ nµy cã sù biÕn ®æi lín gi÷a n¬i nµy víi n¬i kh¸c do chóng bÞ chi phèi bëi mét sè yÕu tè khu vùc nh­ sù biÕn ®æi cña gradien ®Þa nhiÖt, thêi gian kÐo dµi cña qóa tr×nh phong hãa vµ thÓ tÝch tiÕp xóc gi÷a n­íc vµ ®¸. Tuy nhiªn kho¶ng ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é h×nh thµnh cña tÊt c¶ c¸c tæ hîp kho¸ng vËt kh¸c nhau cña ®¸ phiÕn lôc ®Òu gièng nhau, tøc lµ tõ 200-4000C vµ chung ®iÒu kiÖn ¸p suÊt d­íi ¸p vµi tr¨m atmotphe. (v) §«i khi n­íc biÓn cã thÓ x©m nhËp kh¸ s©u vµo d­íi líp vá ®¹i d­¬ng, n¬i cã nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt rÊt lín lµm biÕn ®æi c¸c ®¸ phun trµo cã thµnh phÇn bazan (c¸c ®¸ n»m ë phÇn d­íi cña c¸c dung nham dyke thuéc tÇng ®Þa chÊn 2C, phÇn trªn cña gabro trong tÇng ®Þa chÊn 3) thµnh lo¹i ®¸ míi cã chøa thµnh phÇn kho¸ng vËt hocblen - (Na,Ca)2(Mg,Fe,Al)5(Si,Al)8O22(OH)2. Lo¹i ®¸ nµy ®­îc gäi lµ amphibolit. (vi) Cuèi cïng, lµ sù h×nh thµnh cña c¸c khèi x©m nhËp secpentinit do qóa tr×nh x©m nhËp s©u cña n­íc biÓn xuèng ®Õn tÇng ®Þa chÊn 4 qua khe nøt cña c¸c ®øt g·y biÕn d¹ng vµ nh÷ng ®øt g·y s©u kh¸c, sau ®ã g©y ra ph¶n øng thñy ph©n olivin – lµ mét hîp phÇn chÝnh cña peredotit - thµnh secpentin - Mg3Si2O5(OH)4. §©y lµ lo¹i ®¸ cã kh¶ n¨ng biÕn d¹ng dÎo trong ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é th­êng. Víi tØ träng nhá h¬n c¸c ®¸ thuéc tÇng ®Þa chÊn 2 vµ 3 n»m trªn, secpentinit th­êng dÔ bÞ nÐn Ðp d©ng tråi däc theo c¸c ®øt g·y xuÊt hiÖn trong líp vá ®¹i d­¬ng. Ghi chó: B¹n ®äc cã Ýt kiÕn thøc vÒ th¹ch häc vµ kho¸ng vËt nªn theo dâi phÇn tiÕp theo. B¶ng 5.1: Thµnh phÇn hãa häc cña bazan biÕn chÊt vµ phiÕn lôc trong vá ®¹i d­¬ng (% träng l­îng) Bazan trung b×nh §¸ phiÕn lôc SiO2 49,92 49,11 42,45 49,39 46,95 49,25 Ti O 1,53 0,49 2,19 0,85 1,46 0,76 Al2O3 15,63 16,72 16,98 16,03 16,58 15,90 Fe2O3 1,65 6,82 11,84 6,80 10,26 2,67 FeO 8,19 3,69 5,69 2,42 1,63 5,83 MnO 0,17 0,17 0,19 0,17 0,05 0,16 MgO 7,65 10,96 11,73 15,42 15,13 8,71 CaO 11,17 6,09 3,18 0,29 0,27 10,44 Na2O 2,75 2,57 0,80 1,34 0,11 3,83 K2O 0,16 0,05 0,01 0,01 0,05 0,02 H2O 0,95 4,18 7,09 7,46 8,47 3,50 99,77 100,85 102,15 100,18 100,96 101,07 Ghi chó : 1. Trong phÐp ph©n tÝch nµy, c¸c mÉu ®¸ ®­îc nghiÒn n¸t thµnh bét mÞn tr­íc khi ®em ®i ph©n tÝch tõng nguyªn tè. 2. KÕt qu¶ ph©n tÝch ®­îc biÓu diÔn d­íi d¹ng hµm l­îng % cña tõng nguyªn tè ®èi víi nh÷ng hîp phÇn Ýt (chiÕm kho¶ng vµi tr¨m phÇn triÖu (p.p.m), hoÆc Ýt h¬n), vµ d­íi d¹ng hµm l­îng % cña «xÝt t­¬ng øng ®èi víi nh÷ng hîp phÇn lín h¬n (chiÕm tõ 0,01% trë lªn).
  11. 3. Trong qóa tr×nh ph©n tÝch, tæng hµm l­îng cña c¸c nguyªn tè hiÕm khi ®¹t 100% v× mçi mét hîp phÇn ®­îc thùc hiÖn bëi mét phÐp ph©n tÝch riªng biÖt vµ mçi phÐp ph©n tÝch chØ mang tÝnh t­¬ng ®èi. 4. Mçi mét lo¹i ®¸ lµ mét hÖ thèng tù nhiªn cã tÝnh chÊt biÕn thiªn s½n cã, do vËy hiÕm khi t×m thÊy hai lo¹i bazan hay phiÕn lôc nµo cã sù gièng nhau hoµn toµn c¶ vÒ thµnh phÇn kho¸ng vËt vµ thµnh phÇn hãa häc. Cho nªn, c¸c hîp phÇn chÝnh trong nh÷ng mÉu kh¸c nhau cña cïng mét läai ®¸ sÏ cã sù chªnh lÖch tõ vµi chôc phÇn tr¨m tíi vµi phÇn tr¨m tuú theo hµm l­îng t­¬ng quan cña chóng trong ®¸. Nh÷ng hîp phÇn nhá (nguyªn tè vÕt) cã ®é biÕn thiªn lín tíi vµi tr¨m p.p.m. NÕu quan s¸t ph­¬ng thøc biÕn ®æi cña c¸c kho¸ng vËt trong ®¸, chóng ta cã thÓ hiÓu ®­îc nh÷ng ph¶n øng trao ®æi hãa häc gi÷a ®¸ vµ n­íc biÓn diÔn ra nh­ thÕ nµo. Tuy nhiªn, c¸ch quan s¸t tèt nhÊt lµ tiÕn hµnh ph©n tÝch hãa häc toµn bé c¸c mÉu khèi ®¹i diÖn (b¶ng 5.1). C¸c ®¸ bazan h×nh thµnh tõ qóa tr×nh kÕt tinh macma ®¬n thuÇn th­êng cã thµnh phÇn kh¸c nhau kh«ng nhiÒu. Nh­ng víi c¸c lo¹i ®¸ phiÕn lôc vµ c¸c ®¸ bazan biÕn chÊt kh¸c th× thµnh phÇn hãa häc cña chóng cã sù kh¸c nhau lín v× chóng ®­îc h×nh thµnh bëi c¸c ph¶n øng hãa häc víi nh÷ng khèi n­íc biÓn kh¸c nhau, nhiÖt ®é kh¸c nhau, thêi gian kh¸c nhau. B¶ng 5.1 cho thÊy thµnh phÇn hãa häc trung b×nh cña c¸c lo¹i ®¸ bazan biÕn chÊt kh¸c nhau vµ ®¸ phiÕn lôc qua ph­¬ng ph¸p ph©n tÝch hãa häc. C©u hái 5.2 (a) H·y xem kÕt qña ph©n tÝch trªn b¶ng 5.1 vµ cè g¾ng x¸c ®Þnh (i) hîp phÇn nµo cã biÓu hiÖn râ lµ tõ n­íc biÓn x©m nhËp vµo bazan vµ (ii) hîp phÇn nµo lµ tõ bazan x©m nhËp vµo n­íc biÓn trong qóa tr×nh ho¹t ®éng cña dßng thñy nhiÖt? (b) Lµm c¸ch nµo mµ c¸c ®¸ biÕn chÊt phiÕn lôc vµ amphibolit thµnh t¹o trong líp vá ®¹i d­¬ng do c¸c ph¶n øng hãa häc g©y ra bëi dßng n­íc biÓn nãng cã thÓ lé ra trªn bÒ mÆt ®¸y biÓn? 5.2.2 Nh÷ng thay ®æi x¶y ra trong n­íc biÓn Nh÷ng ph¸t hiÖn vÒ vai trß quan träng cña hÖ thèng ho¹t ®éng thñy nhiÖt vµo nh÷ng n¨m 1970 ®· cã t¸c ®éng to lín tíi c¸c gi¶ thiÕt vÒ ph­¬ng thøc di chuyÓn cña c¸c nguyªn tè hãa häc trong ®¹i d­¬ng. §ã chÝnh lµ c¸c ph¶n øng thñy nhiÖt x¶y ra trong n­íc biÓn, b»ng viÖc so s¸nh thµnh phÇn cña n­íc biÓn th­êng víi dung dÞch thñy nhiÖt, chóng ta cã thÓ theo dâi ®­îc nh÷ng thay ®æi nµy (b¶ng 5.2). B¶ng 5.2: (a) C¸c nguyªn tè hßa tan chiÕm thµnh phÇn chñ yÕu trong n­íc biÓn Nguyªn tè Nång ®é (ppm) Thµnh phÇn hoµ tan chÝnh Cl- Cl 19500 Na+ Na 10500 Mg2+ Mg 1290 SO42+ S 905 Ca2+ Ca 400 K+ K 380 Br- Br 67 HCO3- C 28 Sr2+ Sr 8
  12. BO33- B 4 Si 3 Si(OH)4 F- F 1 C©u hái 5.3 B¶ng sè liÖu 5.2(b) cho thÊy nh÷ng b»ng chøng g× chøng tá dung dÞch thñy nhiÖt cã (i) tÝnh axit vµ (b) tÝnh khö cao h¬n n­íc biÓn? So s¸nh b¶ng 5.1 vµ 5.2 cho thÊy mét sè nguyªn tè chiÕm hµm l­îng kh¸ lín trong n­íc biÓn, nh­ng trong thµnh phÇn cña ®¸ chóng chØ lµ c¸c nguyªn tè vÕt, ngo¹i trõ natri, lµ nguyªn tè duy nhÊt chiÕm vai trß quan träng trong thµnh phÇn hãa häc cña ®¸ vµ n­íc biÓn. B¶ng 5.2: (b) Thµnh phÇn hãa häc cña mét dung dÞch thñy nhiÖt ®Æc tr­ng cã nhiÖt ®é 3500C, ®­îc lÊy t¹i vïng khèi n©ng ®«ng Th¸i B×nh D­¬ng t¹i 210 b¾c vµ n­íc biÓn th­êng. §¬n vÞ hµm l­îng ®­îc tÝnh b»ng phÇn triÖu. §é pH cña dung dÞch nµy lµ 4,0, trong khi pH cña n­íc biÓn ®o ®­îc xÊp xØ 8 Nguyªn tè Dung dÞch thñy nhiÖt N­íc biÓn Cl 17300 19500 Na 9931 10500 Mg - 1290 S (d­íi d¹ng SO42-) - 905 S (d­íi d¹ng H2S) 210 - Ca 860 400 K 975 380 Sr 8 8 Si 600 3 Li 6 0,18 Rb 2 0,12 210-2 Ba 5-13 510-3 Zn 7 210-3 Fe 101 110-4 Mn 33 Ghi chó: 1. C¸c nguyªn tè thÓ hiÖn trong b¶ng 5.2(a) lµ nh÷ng hîp phÇn chñ yÕu trong n­íc biÓn. PhÇn lín c¸c nguyªn tè nµy ®­îc ®o trùc tiÕp, sè cßn l¹i ®­îc ph©n tÝch b»ng c¸c ph­¬ng ph¸p hãa häc. 2. §¬n vÞ hµm l­îng cña c¸c nguyªn tè ®­îc tÝnh b»ng ®¬n vÞ p.p.m. ®Ó gióp cho c¸c môc ®Ých tham kh¶o sö dông thuËn lîi h¬n. 3. Nãi chung nång ®é hµm l­îng cña c¸c nguyªn tè nªu trong b¶ng 5.2(a) ®Òu mang tÝnh chÊt ®¹i diÖn v× ®«i khi c¸c gi¸ trÞ trung b×nh nµy cã thÓ sai kh¸c ®«i chót so víi mét sè kÕt qña nghiªn cøu t­¬ng tù kh¸c. Tuy nhiªn, trong ®¹i d­¬ng tæng hµm l­îng cña c¸c hîp phÇn hoµ tan dao ®éng rÊt Ýt, chØ kho¶ng vµi phÇn tr¨m vµ tØ lÖ t­¬ng quan gi÷a chóng gÇn nh­ kh«ng ®æi. KÕt qña b¶ng 5.1 còng cho thÊy r»ng natri cã thÓ võa x©m nhËp vµo ®¸ võa di chuyÓn ra khái ®¸ trong qóa tr×nh ho¹t ®éng thñy nhiÖt. Theo c¸c nghiªn cøu thùc nghiÖm, natri bÞ lÊy ra khái ®¸ khi tØ sè tæng khèi l­îng n­íc ®i qua mét ®¬n vÞ khèi l­îng ®¸ (tøc lµ tû sè n­íc : ®¸) lín h¬n 10 vµ ®i vµo ®¸ khi tØ sè nµy nhá h¬n 10.
  13. Hµm l­îng kali trong mét sè dung dÞch thñy nhiÖt cã thÓ cao h¬n nhiÒu so víi n­íc biÓn, nh­ng chØ khi nhiÖt ®é dung dÞch v­ît qóa 1500C. Trong ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é thÊp h¬n, d­íi t¸c ®éng cña qu¸ tr×nh phong hãa trªn ®¸y biÓn kali trong n­íc biÓn cã thÓ bÞ ®¸ hÊp thô. Hµm l­îng silic trong dung dÞch thñy nhiÖt còng cã thÓ cao h¬n nhiÒu so víi trong n­íc biÓn vµ ®¹t b·o hßa khi hÖ thèng dung dÞch cã nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt nh­ ë bªn trong líp vá. Trong qóa tr×nh dung dÞch nhiÖt dÞch d©ng tråi lªn ®¸y biÓn vµ nhiÖt ®é, ¸p suÊt cña nã bÞ suy gi¶m ®¸ng kÓ th× qóa tr×nh kÕt tña silic (SiO2) thµnh th¹ch anh th­êng x¶y ra. Ngoµi ra, mét sè hîp chÊt sunfat sÏ bÞ khö thµnh sunfit (H2S, b¶ng 5.2 (b)), nh÷ng phÇn sunfat cßn l¹i kÕt tña cïng canxi thµnh kho¸ng vËt anhydrit (CaSO4). C¸c sunfit míi h×nh thµnh tiÕp tôc kÕt hîp víi s¾t vµ nhiÒu kim lo¹i kh¸c thµnh sunfua kim lo¹i kh«ng hßa tan. Mét phÇn nh÷ng sunfua kim lo¹i kh«ng hßa tan sÏ r¬i xuèng vµ tÝch tô quanh miÖng lç phun trµo vµ “x©y” thµnh èng khãi, phÇn cßn l¹i kÕt tña thµnh nh÷ng h¹t vËt chÊt l¬ löng trong m¹ch dung dÞch phun lªn t¹o thµnh “cét khãi” (h×nh 5.1). Tuy nhiªn, gÇn ®©y ng­êi ta ®· ph¸t hiÖn ra r»ng, c¸c kÕt tña sunfit cßn xuÊt hiÖn trong phÇn trªn cña líp vá n¬i dung dÞch nhiÖt dÞch cã sù tiÕp xóc víi n­íc biÓn tÇng ®¸y h×nh thµnh nªn c¸c m¹ch phun n­íc Êm (xem môc 5.3.1). Trong thµnh phÇn c¸c nguyªn tè hãa häc cã mÆt trong dung dÞch thñy nhiÖt thÓ hiÖn trªn b¶ng 5.2(b) hoµn toµn kh«ng cã manhª v× nã ®· bÞ t¸ch ra khái n­íc biÓn vµ x©m nhËp vµo thµnh phÇn cña ®¸ (xem c©u hái 5.2(a)) t¹o ra c¸c kho¸ng vËt biÕn chÊt giµu manhª nh­ m« t¶ ë môc 5.2.1. Tr¸i l¹i, s¾t vµ mangan ®Òu cã kh¶ n¨ng hßa tan trong m«i tr­êng khö cña dung dÞch thñy nhiÖt nªn ®ã lµ lý do chóng cã mÆt víi hµm l­îng cao. Tuy nhiªn v× c¸c ion s¾t Fe2+ vµ Mg2+ cã cïng kÝch th­íc, ®iÖn tÝch vµ vÞ trÝ trong m¹ng cÊu tróc tinh thÓ nªn s¾t Fe2+cã thÓ theo manhª Mg2+ ®i vµo thµnh phÇn cña c¸c kho¸ng vËt biÕn chÊt thñy nhiÖt nhiÒu h¬n vµo dung dÞch. V× vËy, trong mét vµi tr­êng hîp thµnh phÇn c¸c lo¹i ®¸ cã thÓ trë nªn giµu s¾t (b¶ng 5.1). §iÒu nµy gi¶i thÝch t¹i sao tØ sè s¾t:mangan trong bazan vµ trong tÇng trÇm tÝch sèng nói ®¹i d­¬ng dao ®éng trong kho¶ng 50 ®Õn 100, nh­ng trong dung dÞch thñy nhiÖt chØ b»ng 3 (so s¸nh c¸c b¶ng 5.1 vµ 5.2(b)). Nãi chung hµm l­îng mangan ®i vµo dung dÞch thñy nhiÖt nhiÒu h¬n s¾t. D­íi ®iÒu kiÖn oxit hãa trong m«i tr­êng phong hãa ®¸y ®¹i d­¬ng, c¶ s¾t vµ mangan ®Òu kh«ng hßa tan vµ bÞ gi÷ l¹i trong c¸c hîp chÊt hydro oxit tµn d­ (d¹ng gØ s¾t) phñ trªn bÒ mÆt líp vá ®¹i d­¬ng. Hµm l­îng clo trong dung dÞch thñy nhiÖt kh«ng ®¸ng kÓ so víi trong n­íc biÓn. §iÒu nµy hoµn toµn phï hîp víi kÕt qu¶ thùc nghiÖm, nh­ng cßn Ýt c¸c th«ng tin vÒ sù di chuyÓn cña clorua vµ c¬ chÕ suy gi¶m cña chóng trong qu¸ tr×nh ho¹t ®éng thñy nhiÖt. 5.3. Cét “KHãI §EN” - kh¶ n¨ng Dù b¸o c¸c vÊn ®Ò liªn quan Mét trong nh÷ng thµnh c«ng ®¸ng chó ý trong lÞch sö nghiªn cøu c¸c dßng thñy nhiÖt ®¹i d­¬ng lµ kh¶ n¨ng dù ®o¸n tr­íc vÒ nhiÖt ®é vµ thµnh phÇn gÇn
  14. ®óng cña c¸c dung dÞch nhiÖt dÞch phun trµo (b¶ng 5.2(b)) sÏ x¶y ra sau ®ã hai n¨m. Nh÷ng dßng thñy nhiÖt phun trµo trong ®¹i d­¬ng ®­îc ph¸t hiÖn lÇn ®Çu tiªn vµo n¨m 1977, t¹i ®é s©u 2500m n­íc trong vïng trôc t¸ch d·n Galapagos thuéc vïng xÝch ®¹o ®«ng, kinh tuyÕn 86o t©y. §©y ®Òu lµ c¸c m¹ch n­íc Êm cã nhiÖt ®é kh«ng cao, chØ kho¶ng tõ 6-20oC, nh­ng vÉn cao h¬n nhiÖt ®é vïng n­íc ®¸y ®¹i d­¬ng bao quanh (20C). KÕt qña ph©n tÝch vµ so s¸nh thµnh phÇn cña dung dÞch phun trµo víi gi¸ trÞ thùc nghiÖm, cho phÐp dù ®o¸n nhiÖt ®é cña c¸c dßng thñy nhiÖt Êm bÞ gi¶m xuèng lµ do chóng ®· bÞ pha trén víi n­íc biÓn l¹nh trong tÇng ®¸ b·o hßa n­íc n»m phÝa trªn tÇng ®Þa chÊn 2A. C¸c thÝ nghiÖm thùc nghiÖm ®· chøng minh manhª bÞ di chuyÓn ra khái n­íc biÓn lµ do c¸c ph¶n øng hãa häc x¶y ra gi÷a n­íc biÓn cã nhiÖt ®é cao víi ®¸; v× vËy, bÊt kú l­îng manhª nµo ®­îc t×m thÊy trong c¸c dßng nhiÖt dÞch Êm ®Òu lµ s¶n phÈm cña qóa tr×nh hoµ trén gi÷a dung dÞch thñy nhiÖt nguyªn sinh (cã nhiÖt ®é cao vµ kh«ng chøa Mg) víi n­íc biÓn. Theo m« h×nh nµy, hµm l­îng manhª Mg2+ trong c¸c mÉu dung dÞch thñy nhiÖt nhiÖt ®é thÊp cã sù t­¬ng quan nghÞch víi nhiÖt ®é, nÕu dïng ph­¬ng ph¸p ngo¹i suy cho l­îng Mg2+ gi¶m xuèng b»ng kh«ng th× ®iÓm giao c¾t víi trôc nhiÖt ®é sÏ lµ 350oC, tøc lµ nhiÖt ®é cña dung dÞch thñy nhiÖt ban ®Çu khi ch­a hoµ trén víi n­íc biÓn sÏ ph¶i t­¬ng ®­¬ng nh­ thÕ. ¸p dông t­¬ng tù ®èi víi c¸c hîp phÇn kh¸c còng cã thÓ cho phÐp chóng ta dù ®o¸n tr­íc thµnh phÇn cña c¸c dung dÞch nhiÖt ®é cao. C¸c thÝ nghiÖm ®­îc thùc hiÖn sau ®ã chñ yÕu tËp trung vµo viÖc x¸c ®Þnh nh÷ng khu vùc cã kh¶ n¨ng xuÊt hiÖn ho¹t ®éng phun trµo nhiÖt dÞch nhiÖt ®é cao kh«ng cã sù pha lo·ng víi n­íc biÓn. Thµnh c«ng ®Çu tiªn lµ viÖc ph¸t hiÖn ra nh÷ng cét “khãi ®en” bªn d­íi tÇng n­íc dµy 2500m trªn vïng sèng nói thuéc khèi n©ng ®«ng TBD t¹i vÜ tuyÕn 21o b¾c vµo n¨m 1979. §ã lµ nh÷ng cét khãi ®­îc h×nh thµnh bëi dßng nhiÖt dÞch cã nhiÖt ®é 350oC phun lªn tõ ®¸y biÓn víi ®é cao tíi vµi mÐt/ gi©y qua mét miÖng èng cao tíi 10m cÊu thµnh chñ yÕu bëi c¸c sunfua s¾t, ®ång vµ kÏm. Nh÷ng sunfua nµy lµ c¸c kÕt tña tõ dung dÞch khi dung dÞch thuû nhiÖt hßa trén víi n­íc biÓn bao quanh. Tuy nhiªn, phÇn lín c¸c kÕt tña lµ nh÷ng h¹t sunfua rÊt mÞn vµ nhê vËy chóng t¹o ra ®é ®en ®Æc cña “cét khãi” (h×nh 5.1). KÕt qña ph©n tÝch hãa häc ®· x¸c nhËn thµnh phÇn ®Æc tr­ng cña dung dÞch thñy nhiÖt t¹i c¸c m¹ch phun trµo Êm ë Galapagos qua dù ®o¸n lµ chÝnh x¸c (b¶ng 5.2(b)). 5.3.1. Cét “khãi ®en”, cét “khãi tr¾ng” vµ dßng thñy nhiÖt Êm T¹i vïng trôc sèng nói, ng­êi ta ®· ph©n lo¹i ®­îc hai kiÓu dßng thñy nhiÖt kh¸c nhau. §ã lµ dßng thñy nhiÖt phun trµo cã nhiÖt ®é cao, tõ 3500C trë lªn, dÊu hiÖn nhËn biÕt lµ sù h×nh thµnh cña c¸c cét “khãi ®en” trªn ®¸y biÓn víi cÊu t¹o èng khãi lµ c¸c h¹t kho¸ng vËt kÕt tña bao quanh miÖng phun trµo (h×nh 5.1). Lo¹i thø hai lµ kiÓu dßng n­íc Êm víi nhiÖt ®é phun trµo phæ biÕn kh«ng qóa 20oC vµ rÊt Ýt khi v­ît qóa giíi h¹n nhiÖt ®é nµy.
  15. Trªn thùc tÕ, gi÷a hai kiÓu dßng thñy nhiÖt trªn cßn tån t¹i kiÓu dßng thñy nhiÖt trung gian cã tªn gäi lµ “khãi tr¾ng”. NhiÖt ®é phun trµo cña kiÓu dßng trung gian cã sù dao ®éng kh¸ lín tõ 30-330oC vµ biÓu hiÖn cña dßng phun trµo lµ cã mµu tr¾ng do sù h×nh thµnh cña c¸c h¹t kÕt tña mµu tr¾ng, chñ yÕu lµ sunfat bari (BaSO4) vµ mét Ýt c¸c sunfua s¾t (FeS vµ FeS2) vµ silic (SiO2). H×nh 5.7 biÓu diÔn kh¶ n¨ng liªn quan gi÷a ba kiÓu dßng thñy nhiÖt: “khãi ®en”, “khãi tr¾ng”, dßng n­íc Êm vµ sù tiÕn triÓn cña chóng theo thêi gian. RÊt cã thÓ, qóa tr×nh chuyÓn hãa tõ dßng thñy nhiÖt Êm thµnh dßng “khãi ®en” vµ “khãi tr¾ng” x¶y ra bÊt kú lóc nµo trong mäi giai ®o¹n ph¸t triÓn cña tr­êng ho¹t ®éng thñy nhiÖt. §¬n gi¶n lµ do sù kÕt tña cña c¸c kho¸ng vËt ®· ng¨n c¶n tÝnh thÈm thÊu cña tÇng ®Êt ®¸ bao quanh ®íi ho¹t ®éng thñy nhiÖt dÉn tíi sù c« lËp cña c¸c dßng thñy nhiÖt kh«ng cho n­íc nãng ®ang d©ng tråi cã c¬ héi hoµ trén víi n­íc biÓn l¹nh ë gÇn tÇng mÆt ®¸y biÓn. Nh÷ng kho¸ng vËt ®­îc kÕt tña gi÷a c¸c tÇng ®Êt ®¸ cã thÓ lµ silic (SiO2), anhydrit (CaSO4), barit (BaSO4), canxit (CaCO3), c¸c lo¹i sunfua s¾t, ®ång, kÏm vµ sù tÝch tô cña chóng quanh c¸c dßng thñy nhiÖt cã thÓ kÐo dµi tíi bÒ mÆt ®¸y biÓn vµ chåi lªn thµnh kiÓu èng khãi ®Æc tr­ng t¹i vÞ trÝ xuÊt hiÖn cét “khãi ®en”. V× kh«ng cã sù tiÕp xóc víi n­íc biÓn x©m nhËp do bÞ bao v©y nªn dung dÞch thñy nhiÖt ch­a bÞ pha lo·ng sÏ phun trµo ë nhiÖt ®é cao vµ t¹o ra c¸c kÕt tña cña nguyªn tè hoµ tan khi nã gÆp n­íc biÓn tÇng ®¸y. KÕt qña cña qóa tr×nh nµy lµ sù xuÊt lé cña nh÷ng cét “khãi ®en” ®Æc tr­ng cã chøa c¸c h¹t sunfua kim lo¹i . Theo suy luËn trªn, ng­êi ta cho r»ng bªn d­íi c¸c dßng thñy nhiÖt cã sù tÝch tô cña c¸c kho¸ng vËt sunfua vµ sunfat d­íi d¹ng m¹ch vµ tói t¹o ra c¸c thÓ quÆng x©m t¸n n»m r¶i r¸c trong tÇng ®¸ ®Þa chÊn 2, n¬i mµ dßng thñy nhiÖt nãng cã sù hoµ trén víi n­íc biÓn l¹nh nhê sù b·o hßa n­íc cña tÇng ®¸ trªn cïng cña líp vá ®¹i d­¬ng. Nh÷ng dßng thñy nhiÖt n­íc Êm hay “khãi tr¾ng” kh«ng bÞ biÕn ®æi thµnh “khãi ®en” sÏ lµ n¬i cã sù ph¸t triÓn kh¸ réng r·i c¸c thÓ quÆng x©m t¸n, nh­ng chóng kh«ng bao giê cã thÓ ng¨n c¶n hoµn toµn qóa tr×nh thÈm thÊu cña n­íc biÓn qua c¸c líp ®Êt ®¸ vµ bao v©y c¸c dßng thñy nhiÖt. Cßn t¹i khu vùc cã ho¹t ®éng cña dßng nhiÖt “khãi ®en”, sù ph¸t triÓn cña c¸c thÓ quÆng x©m t¸n th­êng cã xu h­íng ng¨n c¶n qóa tr×nh hoµ trén víi n­íc biÓn thÈm thÊu trong tÇng ®¸ 2 ®Ó dung dÞch thñy nhiÖt khi trµo lªn tíi bÒ mÆt ®¸y biÓn vÉn gi÷ ®­îc nhiÖt l­îng ban ®Çu vµ sinh ra c¸c kÕt tña sunfua khi gÆp n­íc biÓn tÇng ®¸y. PhÇn lín c¸c vËt liÖu kÕt tña nµy l¾ng ®äng l¹i ngay trªn bÒ mÆt ®¸y biÓn xung quanh vïng miÖng phun trµo thñy nhiÖt, phÇn cßn l¹i sÏ bÞ c¸c dßng ch¶y tÇng ®¸y ph¸t t¸n réng ra kh¾p vïng ®¸y ®¹i d­¬ng (môc 5.6). Nh­ vËy, trong líp vá ®¹i d­¬ng cã thÓ t×m thÊy c¸c tói quÆng sunfua kim lo¹i d¹ng x©m t¸n t¹i nh÷ng khu vùc mµ ho¹t ®éng phun trµo thñy nhiÖt ®· t¾t. Nguêi ta cho r»ng, nhiÒu kh¶ n¨ng c¸c trÇm tÝch sunfua n»m trong phøc hÖ ophiolit lµ nh÷ng tÝch tô kho¸ng vËt ®­îc h×nh thµnh tõ dung dÞch thñy nhiÖt x¶y ra t¹i vïng trôc t¸ch d·n ®¹i d­¬ng cæ.
  16. Mét ®iÒu ®¸ng chó ý lµ sù biÕn ®æi nhiÖt ®é ®ét ngét cña c¸c dßng thñy nhiÖt t¹i ®é s©u c¸ch mÆt ®¸y biÓn kho¶ng nöa km hoÆc xÊp xØ nh­ vËy ®­îc thÓ hiÖn kh¸ râ trªn h×nh 5.7. §©y lµ ®é s©u thuéc phÇn líp vá ®¹i d­¬ng trªn cïng n¬i mµ mËt ®é c¸c khe nøt trong ®¸ vµ c¸c m¶nh vôn bë rêi cña gèi dung nham tËp trung nhiÒu nhÊt. PhÇn nµy t­¬ng ®­¬ng víi tÇng ®Þa chÊn 2A lµ tÇng ®¸ cã ®é thÈm thÊu lín nªn th­êng xuyªn bÞ b·o hßa n­íc do sù x©m nhËp liªn tôc cña líp n­íc biÓn n»m trªn. C¸c ph¶n øng x¶y ra trong qóa tr×nh phong hãa ®¸y biÓn lu«n chiÕm ­u thÕ trong tÇng 2A (nhiÖt ®é ë ®©y th­êng d­íi 20oC). Nãi chung, ë ®é s©u nhá h¬n 1km d­íi bÒ mÆt ®¸y biÓn, ho¹t ®éng biÕn chÊt kh«ng diÔn ra nh­ng t¹i c¸c khu vùc liÒn kÒ víi sù xuÊt hiÖn cña c¸c m¹ch thñy nhiÖt, ho¹t ®éng biÕn chÊt vÉn cã thÓ x¶y ra. Cét “khãi ®en” H×nh 5.7: Gi¶ thuyÕt vÒ qóa tr×nh chuyÓn hãa cña c¸c dßng thñy nhiÖt tõ d¹ng dßng Êm sang d¹ng “khãi ®en”. §é x©m nhËp s©u cña c¸c dßng thñy nhiÖt cã sù t¨ng dÇn theo thêi gian (mòi tªn ®en) vµ qóa tr×nh chuyÓn hãa thµnh “cét khãi ®en”cã thÓ x¶y ra bÊt kú lóc nµo. Trong qu¸
  17. tr×nh chuyÓn hãa ë ®©y, dßng thñy nhiÖt phun trµo lµ d¹ng “khãi tr¾ng”. Nãi chung, mét dßng thñy nhiÖt cã thÓ ngõng ph¸t triÓn vµo bÊt cøu giai ®o¹n nµo vµ kh«ng bao giê chuyÓn thµnh d¹ng “khãi ®en”. C¸c ®­êng ®¸nh sè lµ ®­êng ®¼ng nhiÖt (oC) cña dung dÞch thñy nhiÖt. VÞ trÝ bÒ mÆt giíi h¹n khe nøt lµ ®é s©u tèi ®a mµ c¸c khe nøt cã thÓ ph¸t triÓn tíi vµ còng lµ giíi h¹n x©m nhËp s©u cña c¸c dung dÞch thñy nhiÖt. BÒ mÆt nµy n»m gÇn trïng víi hÖ thèng ch©n rÕt cña lß vµ nã cã thÓ lón xuèng khi macma trong lß bÞ kÕt tinh vµ khi ®ã c¸c dßng thñy nhiÖt sÏ cã c¬ héi x©m nhËp xuèng s©u h¬n §é x©m nhËp s©u cña hÖ thèng c¸c dßng thñy nhiÖt t¨ng theo thêi gian khi c¸c tÇng ®¸ nguéi dÇn vµ c¸c khe nøt h×nh thµnh ¨n s©u vµo trong líp vá. Giíi h¹n ph¸t triÓn s©u cña c¸c khe nøt ®­îc gäi lµ bÒ mÆt giíi h¹n khe nøt (h×nh 5.7). §é réng cña khe nøt, kho¶ng c¸ch gi÷a chóng vµ tèc ®é xuyªn c¾t s©u lu«n lµ vÊn ®Ò nghiªn cøu khã kh¨n do kh«ng thÓ quan s¸t trùc tiÕp ®­îc, do vËy nh÷ng ph©n tÝch vÒ mÆt lý thuyÕt ®· ®­îc ¸p dông. Theo ®ã, ®é réng cña mçi khe nøt kh«ng thÓ v­ît qu¸ 1-3mm vµ kho¶ng c¸ch gi÷a chóng cã thÓ tõ vµi chôc cm ®Õn 1-2m, tèc ®é h¹ thÊp cña bÒ mÆt giíi h¹n khe nøt theo ­íc tÝnh lµ kho¶ng vµi mÐt mçi n¨m. Tuy nhiªn, c¸c khe nøt sÏ kh«ng bao giê cã thÓ xuyªn c¾t qua nh÷ng lß macma cßn ®ang nãng ch¶y, nh­ng khi macma trong lß bÞ kÕt tinh hoµn toµn, c¸c khe nøt cã thÓ len lái xuèng s©u ®Õn tÇng ®¸ gabro 3. VËy sù ph¸t triÓn cña c¸c dßng thñy nhiÖt t¹i vïng trôc t¸ch d·n cã t¸c ®éng g× ®Õn sù tån t¹i cña c¸c lß macma n»m bªn d­íi chóng kh«ng? Theo minh häa trªn h×nh 5.7, bÒ mÆt giíi h¹n khe nøt cã thÓ lÊn s©u xuèng líp gabro nÕu nh­ cã ®ñ thêi gian ph¸t triÓn. §iÒu nµy cã nghÜa lµ, macma ë phÇn ®Ønh lß cã kh¶ n¨ng bÞ ®«ng l¹nh kÓ c¶ khi ®ang n»m gÇn trôc do bÞ mÊt nhiÖt bëi ho¹t ®éng cña hÖ thèng c¸c dßng thñy nhiÖt n»m trªn nã. KÕt qña tÝnh to¸n thùc tÕ ®· chøng minh r»ng, tèc ®é chuyÓn t¶i nhiÖt cña hÖ thèng thñy nhiÖt ®ñ søc ng¨n c¶n sù tån t¹i l©u dµi cña c¸c lß macma nãng ch¶y, nhÊt lµ t¹i vïng trôc t¸ch d·n chËm. Nh­ ®· tr×nh bµy trong môc 4.1.3, hiÖn vÉn ch­a ph¸t hiÖn thÊy mét lß macma nµo d­íi vïng trôc sèng nói gi÷a §TD qua sè l­îng h¹n chÕ c¸c mÆt c¾t ®Þa chÊn ngang trôc qua khu vùc nµy. Do vËy, cïng víi nh÷ng biÓu hiÖn ho¹t ®éng gi¸n ®o¹n cña lß macma däc theo trôc sèng nói cã thÓ lµ do tÝnh chÊt ho¹t ®éng ph©n ®ît cña c¸c lß macma th× qóa tr×nh lµm l¹nh b»ng hÖ thèng thñy nhiÖt cã thÓ dÉn ®Õn qóa tr×nh kÕt tinh hoµn toµn macma trong lß gi÷a hai ®ît bæ sung macma tõ d­íi s©u (h×nh 4.21). C©u hái 5.4 Thêi gian tån t¹i cña c¸c dßng thñy nhiÖt ë vïng ®íi trôc lµ bao l©u? Theo tÝnh to¸n, thêi gian tån t¹i cña chóng sÏ dao déng trong kho¶ng ®¬n vÞ tõ chôc ®Õn ngh×n n¨m; nh­ng b¹n h·y thö ®­a ra nh÷ng ®¸nh gi¸ riªng víi ®iÒu kiÖn lµ giíi h¹n ®é s©u lín nhÊt mµ c¸c dßng thñy nhiÖt cã thÓ x©m nhËp xuèng lµ 5km vµ tèc ®é h¹ thÊp cña bÒ mÆt giíi h¹n khe nøt lµ vµi m/n¨m. KÕt qña tÝnh to¸n cña b¹n sÏ r¬i vµo qu·ng thêi gian nµo trong kho¶ng dao ®éng trªn? Tèc ®é phun trµo cña c¸c dßng thñy nhiÖt Êm lµ tõ 0,02 - 0,1m/s vµ c¸c dßng “khãi ®en” vµ “khãi tr¾ng” lµ 0,5 - 5m/s. NÕu lÊy c¸c ®Çu gi¸ trÞ nµy tÝnh cho toµn
  18. bé c¸c dßng thñy nhiÖt ®ang l­u th«ng trong ®íi dßng d©ng tråi th× ph¶i mÊt tõ 15 phót ®Õn 70 tiÕng dßng n­íc biÓn nãng míi cã thÓ x©m nhËp xuèng ®é s©u 5km trong líp vá. Víi mçi hÖ thèng thñy nhiÖt riªng biÖt, ®é tr¶i dµi cña chóng theo trôc sèng nói kh«ng lín, nãi chung phÇn nhiÒu kh«ng v­ît qóa vµi km, nh­ng l¹i cã sù quy tô cña nhiÒu dßng thñy nhiÖt. Ýt nhÊt 12 dßng thñy nhiÖt ho¹t ®éng d­íi d¹ng “khãi ®en” ®· ®­îc t×m thÊy trªn chiÒu dµi 800m cña vïng sèng nói ®«ng TBD ë täa ®é 210 b¾c. MÆt kh¸c, c¸c vïng cã hÖ thèng thñy nhiÖt ho¹t ®éng th­êng ph©n bè c¸ch nhau kh«ng ®Òu däc theo trôc sèng nói víi nh÷ng kho¶ng c¸ch kh¸ lín. T¹i sao l¹i nh­ vËy? Cã hai lý do, thø nhÊt c¸c khu vùc cã ho¹t ®éng thñy nhiÖt th­êng nhá h¬n nhiÒu so víi vïng bao quanh cã sù x©m nhËp cña n­íc biÓn (h×nh 5.5), do vËy mµ gi÷a c¸c vïng thñy nhiÖt lu«n cã kho¶ng c¸ch. Thø hai lµ do c¸c ho¹t ®éng macma n»m bªn d­íi cã tÝnh chÊt ph©n ®ît vµ ph©n lËp nh­ ®· ®Ò cËp ë ch­¬ng4 vµ thêi gian ho¹t ®éng cña c¸c lß macma nµy víi hÖ thèng thñy nhiÖt mµ chóng chi phèi cã sù t­¬ng ®­¬ng nhau. 5.4. Ph¹m vi ho¹t ®éng cña c¸c dßng thñY NHIÖT PhÇn lín c¸c dßng thñy nhiÖt d¹ng “khãi ®en” vµ “khãi tr¾ng” ®­îc t×m thÊy trªn ®¸y ®¹i d­¬ng n»m ë vïng trôc sèng nói phÝa ®«ng TBD vµ vïng sèng nói Galapagos. Ng­êi ta ®· ph¸t hiÖn ra nh÷ng hãa th¹ch “khãi ®en” t¹i vÞ trÝ èng khãi ®· t¾t trong khu vùc c¸ch sèng nói TBD kh«ng xa chØ vµi m. LÇn ®Çu tiªn, vµo n¨m 1985 ®· ph¸t hiÖn thÊy cét “khãi ®en” trªn vïng sèng nói §TD nhê viÖc sö dông bé thiÕt bÞ quan s¸t tù ®éng ®­îc th¶ c¸ch ®¸y ®¹i d­¬ng 10m gÇn vÜ tuyÕn 260 b¾c sau khi quan s¸t thÊy mét sè c¸c biÓu hiÖn cña ho¹t ®éng thñy nhiÖt nh­ sù t¨ng nhÑ nhiÖt ®é n­íc biÓn tÇng ®¸y (môc 5.5) hay sù t¨ng cao cña hµm l­îng Mn trong nuíc biÓn vïng thung lòng gi÷a nói. VÞ trÝ cét “khãi ®en” vïng sèng nói §TD ®­îc t×m thÊy trong lßng thung lòng ®Þa hµo ë ®é s©u 3800m d­íi mùc n­íc biÓn, nãi chung s©u h¬n rÊt nhiÒu so víi c¸c miÖng phun trµo thñy nhiÖt trªn TBD, v× vËy mµ c¸c trÇm tÝch kÕt tña sunfua bao quanh miÖng “cét khãi” còng lín h¬n nhiÒu. Dùa vµo h×nh 5.6 vµ c¸c mÉu ®¸ biÕn chÊt ®­îc lÊy lªn tõ c¸c lç khoan vµ gÇu xóc trªn vïng sèng nói ®¹i d­¬ng, chóng ta cã thÓ ch¾c ch¾n r»ng, ho¹t ®éng thñy nhiÖt diÔn ra t¹i bÊt kú vÞ trÝ nµo cã sù xuÊt hiÖn cña lß macma n»m bªn d­íi hÖ thèng trôc t¸ch d·n kÐo dµi suèt 50.000km. TÝnh theo thêi gian ®Þa chÊt, ®íi trôc sèng nói ®­îc coi lµ mét nguån nhiÖt lín kÐo dµi trªn kh¾p tÊt c¶ c¸c ®¹i d­¬ng thÕ giíi. Vïng cã c¸c ho¹t ®éng thñy nhiÖt kÓ trªn th­êng n»m c¸ch trôc kh«ng qóa 200m vµ chÝnh lµ ®íi dßng thñy nhiÖt d©ng tråi n»m phÝa trªn ®Ønh lß macma nh­ m« t¶ ë h×nh 5.5 vµ 5.7. §íi c¸c dßng n­íc biÓn x©m nhËp cã sù lan táa trªn diÖn tÝch réng h¬n, bao phñ c¶ nh÷ng phÇn nguéi l¹nh cña trôc sèng nói vµ ®Æc biÖt lµ hai s­ên. Mét vµi dßng thñy nhiÖt n»m c¸ch xa
  19. trôc cã thÓ liªn quan ®Õn ho¹t ®éng macma n»m bªn d­íi c¸c ®Ønh nói löa ngÇm vµ nh÷ng trÇm tÝch chøa quÆng nhiÖt dÞch ®­îc t×m thÊy trong phøc hÖ ophiolit rÊt cã thÓ lµ s¶n phÈm cña c¸c ho¹t ®éng bªn ngoµi trôc nµy. Líp vá ®¹i d­¬ng khi míi h×nh thµnh ph¶i n»m trong ®íi ph¸t sinh c¸c dßng thñy nhiÖt d©ng tråi cña hÖ thèng ®èi l­u vïng trôc v× nã ®­îc thµnh t¹o ngay t¹i trôc sèng nói. Tèc ®é di rêi cña líp vá nµy lµ vµi cm/n¨m. NÕu gi¶ sö tèc ®é t¸ch d·n ®¸y biÓn trung b×nh lµ 2cm/n¨m th× hái trong 50.000 n¨m, líp vá ®¹i d­¬ng võa míi h×nh thµnh sÏ bÞ ®Èy c¸ch trôc bao xa? Kho¶ng c¸ch ®ã sÏ vµo kho¶ng 1km vµ n»m hoµn toµn trong ®íi x©m nhËp cña n­íc biÓn l¹nh trong hÖ thèng ®èi l­u chø kh«ng ph¶i lµ n­íc biÓn nãng. V× vËy, líp vá ®¹i d­¬ng míi h×nh thµnh tho¹t ®Çu sÏ bÞ ®Èy ra khái vïng ph¸t sinh dßng thñy nhiÖt d©ng tråi ®Ó råi sau ®ã di chuyÓn sang ®íi x©m nhËp n­íc biÓn l¹nh. H×nh 5.8: Sù xuÊt hiÖn cña c¸c dßng ®èi l­u phÝa bªn ngoµi sèng nói cã thÓ ®­îc x¸c ®Þnh th«ng qua c¸c kÕt qña ®o ®¹c ho¹t ®éng cña dßng nhiÖt (c©u hái 5.5). Nh÷ng chÊm trßn nhá biÓu diÔn c¸c sè ®o rêi r¹c, trôc ®øng thÓ hiÖn biªn ®é cña mét vµi sè ®o. §­êng ®øt ®o¹n lµ dßng nhiÖt dù ®o¸n theo gi¶ thiÕt truyÒn dÉn. MÆt c¾t ë bªn d­íi cho thÊy bÒ mÆt ®Þa h×nh víi líp phñ trÇm tÝch cã bÒ dµy t¨ng dÇn, ®©y lµ mÆt c¾t qua vïng sèng nói Galapagos. Ghi chó: ®¬n vÞ tuæi ®­îc tÝnh lµ 105 n¨m vµ s¬ ®å trªn biÓu diÔn phÇn ®u«i phÝa tr¸i cña ®å thÞ trªn h×nh 5.6 ®· ®­îc phãng ®¹i lªn gÊp nhiÒu lÇn Trong qóa tr×nh h×nh thµnh vµ ph¸t triÓn, líp vá ®¹i d­¬ng bazan cã sù tiÕp xóc víi c¶ n­íc biÓn nãng vµ l¹nh. §iÒu ®ã cã nghÜa lµ nã tr¶i qua c¸c giai ®o¹n l­u th«ng n­íc biÓn kh¸c nhau víi c¸c ph¶n øng hãa häc vµ trao ®æi nguyªn tè ®Æc tr­ng. T¹i mét kho¶ng c¸ch c¸ch xa trôc nµo ®ã (cã thÓ lµ vµi km) c¸c dßng ®èi l­u cã thÓ bÞ “khãa chÆt ” trong c¸c tÇng ®¸ mµ chóng xuyªn c¾t. Khi ®ã, hai ®íi dßng x©m nhËp vµ d©ng tråi gÇn nh­ lµ cè ®Þnh so víi c¸c líp ®Êt ®¸ bao quanh, nh­ng c¸c dßng l­u th«ng trong ®ã vÉn tiÕp tôc víi c­êng ®é gi¶m dÇn theo møc ®é nguéi l¹nh cña líp vá ®ang ngµy cµng giµ ®i. HiÖn t¹i, ng­êi ta vÉn
  20. cßn Ýt biÕt ®Õn ho¹t ®éng cña c¸c dßng ®èi l­u phÝa bªn ngoµi sèng nói, tuy nhiªn c¸c kÕt qña kh¶o s¸t chi tiÕt ho¹t ®éng cña dßng nhiÖt ®· cho thÊy nh÷ng b»ng chøng râ rµng vÒ sù hiÖn diÖn cña chóng nh­ trªn h×nh 5.8. C©u hái 5.5 C¸c ®Ønh trªn vµ ®Ønh d­íi cña ®å thÞ biÓu diÔn mÆt c¾t dßng nhiÖt trªn h×nh 5.8 cã t­¬ng øng víi c¸c ®íi dßng d©ng tråi vµ x©m nhËp kh«ng? T¹i mét vµi n¬i cã nh÷ng b»ng chøng cho thÊy c¸c dßng ®èi l­u phÝa bªn ngoµi trôc x©m nhËp c¶ vµo c¸c tÇng ®¸ phun trµo vµ trÇm tÝch. ThËm chÝ, chóng vÉn tiÕp tôc l­u th«ng tuÇn hoµn bªn d­íi tÇng trÇm tÝch dµy kh«ng ngÊm n­íc, kh«ng cã sù ®èi l­u víi n­íc biÓn n»m trªn cho ®Õn khi toµn bé hÖ thèng bÞ nguéi l¹nh hoµn toµn vµ dõng l¹i. Trong qóa tr×nh thùc hiÖn mét sè lâi khoan s©u, ng­êi ta ®· quan s¸t thÊy sù hót xuèng cña n­íc biÓn vµo c¸c lç khoan khi nã chäc thñng tÇng trÇm tÝch dµy che phñ lªn trªn hÖ thèng dßng thñy nhiÖt cßn ®ang ho¹t ®éng. HiÖn t­îng nµy x¶y ra lµ do sù mÊt c©n b»ng víi tr­êng ¸p suÊt thñy tÜnh bªn ngoµi cña hÖ thèng c¸c dßng thñy nhiÖt khiÕn chóng cã ¸p lùc thÊp h¬n so víi m«i tr­êng bao quanh. Nh÷ng s¬ ®å mÆt c¾t t­¬ng tù nh­ trªn h×nh 5.8 ®· ®­îc ghi nhËn trong líp vá ®¹i d­¬ng cã tuæi kho¶ng 55 triÖu n¨m (vÝ dô ë Ên §é D­¬ng) vµ ph¹m vi l­u th«ng c¸c dßng thñy nhiÖt bªn trong chóng hoµn toµn phï hîp víi kÕt qña suy luËn trªn h×nh 5.6. H¬n n÷a, ngay t¹i nh÷ng líp vá ®¹i d­¬ng ®­îc h×nh thµnh trong c¸c bån tròng sau cung ®¶o (h×nh 3.8) còng cã nh÷ng dÊu hiÖu cho thÊy ho¹t ®éng cña c¸c dßng thñy nhiÖt t¹i ®ã (môc 5.6). §iÒu nµy chøng tá r»ng, ho¹t ®éng thñy nhiÖt kh«ng chØ giíi h¹n trong vïng trôc sèng nói mµ chóng cßn lan táa réng ra hai bªn s­ên nói. Nãi mét c¸ch ®Çy ®ñ, c¸c dßng thñy nhiÖt ®ang l­u th«ng trong mét phÇn ba líp vá ®¹i d­¬ng thÕ giíi ®Òu lµ nh÷ng hËu duÖ ph¸t sinh cña hÖ thèng c¸c dßng thñy nhiÖt ban ®Çu sinh ra tõ vïng trôc sèng nói. Víi chiÒu dµi lÞch sö ph¸t triÓn cña l©u dµi cña nã, cã thÓ kh¼ng ®Þnh r»ng nh÷ng biÕn ®æi hãa häc x¶y ra trong c¸c tÇng ®¸ vµ n­íc biÓn do c¸c dßng thñy nhiÖt g©y ra lµ rÊt phøc t¹p vµ kh«ng gièng nhau gi÷a c¸c khu vùc. 5.4.1. Sù ®a d¹ng cña hÖ thèng thñy nhiÖt Theo nguyªn lý c¬ b¶n, ho¹t ®éng cña c¸c dßng ®èi l­u n­íc biÓn trong líp vá ®¹i d­¬ng nãi chung lµ ®¬n gi¶n, nh­ng trªn thùc tÕ th× chóng phøc t¹p h¬n rÊt nhiÒu. §é mÆn cña n­íc biÓn ®­îc ®un nãng trong hÖ thèng thñy nhiÖt lµ mét yÕu tè xóc t¸c m¹nh vµ cã sù biÕn ®æi ®a d¹ng trong c¸c ph¶n øng hãa häc x¶y ra d­íi ®iÒu kiÖn m«i tr­êng nhiÖt ®é cao tíi 3500C vµ kho¶ng dao ®éng ¸p suÊt tõ 500-1000at ch­a kÓ tíi sù “ph©n nh¸nh” phøc t¹p cña hÖ thèng. N­íc biÓn l­u th«ng trong c¸c dßng nhiÖt cã thÓ ®¹t tíi tr¹ng th¸i c©n b»ng víi c¸c tÇng ®¸ v©y quanh t¹i mét phÇn nµo ®ã trong hÖ thèng, nh­ng ë c¸c phÇn kh¸c nã cã thÓ g©y ra nh÷ng ph¶n øng hãa häc víi ®Êt ®¸ do ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt m«i tr­êng bÞ thay ®æi. Khi ®ã, sÏ cã thªm c¸c nguyªn tè hoµ tan vµ
nguon tai.lieu . vn
Toán học Môi trường Vật lý Sinh học Địa Lý Hoá học Nông - Lâm - Ngư Cơ khí - Chế tạo máy Tiếng Anh phổ thông Khoa học ứng dụng Nông - Lâm Kiến thức tổng hợp Giáo dục học Xã hội học