3D numerical simulation of hydrothermal convection at the East Pacific Rise
Numerische Modellierung von Hydrothermalsystemen
Die Entdeckung von hydrothermalen, schwarzen Rauchern entlang Mittelatlantischer Rücken in den späten 1970ern war eine der spannensten Erfolge der Ozeonagraphie – nicht zuletzt wegen ihrer Bedeutung für verschiedene Disziplinen der Geowissenschaften. Hydrothermalsysteme transportieren effektiv Wärme aus der jungen Ozeankruste, warme Quellen auf dem Meeresboden bilden Lebensraum einzigartiger Ökosysteme in extremen Umweltbedingungen und kommerziell interessante Erzvorkommen bilden sich als Nebenprodukt von hydrothermalem Venting.
Numerische Modellierung ist ein hervorragendes Werkzeug zur Untersuchung hydrothermaler Prozesse in der Ozeankruste. Modelle gewinnen viel wenn sie mit Daten direkter Feldmethoden kombiniert und verglichen werden. Es ist möglich Langzeitenzwicklungen von Hydrotehrmalsystemen zu modellieren welches wertvolle Zeitreihen liefert. Wir modellieren hydrothermale Strömungen im Meeresboden als 2D und 3D poröses Fließen mit Hilfe der Finite Elemente Methode. Geophysikalische Daten, wie z.b. Bathymetrie und Seismik werden nach Möglichkeit in die Modelle integriert. Einige der Fragen die wir beartbeiten sind:
- Was kontrolliert die Position von hydrothermalen Quellen am Meeresboden?
- Wie können hydrothermale Hochtemperaturfelder in Entfernung zur Rückenachse aktiv sein?
- Was ist der Einfluss von Störungszonen und Rissen auf hydrothermale Strömungen?
- Wo befinden sich hydrothermale Einsickerungszellen, quer zur oder entlang der Rückenachse?
- Was sind die Effekte von Phasentrennung auf hydrothermale Strömungen im Untergrund?
Wir haben signifikanten Aufwand in die Implementierung von Mehrphasenfließen gesteckt. Darüber hinaus ist es zunehmend klar geworden, dass Hydrothermalsysteme viel komplexer sind als sie sich aus reiner Thermodynamik erklären lassen. Phänomene am und nahe am kritischen Punkt haben erstrangige Kontrolle über Massen- und Energietransport, sodass reale, natürliche Systeme nur verstanden werden können wenn Thermodynamik und Transportmodelle kombiniert werden.
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Referenzen
Theissen-Krah, S., Rüpke, L. H., and Hasenclever, J. (2016) Modes of crustal accretion and their implications for hydrothermal circulation: Geophysical Research Letters, v. 43, no. 3, p. 2015GL067335.
Andersen, C. S., Rüpke, L., Hasenclever, J., Grevemeyer, I. and Petersen, S. (2015) Fault geometry and permeability contrast control vent temperatures at the Logatchev 1 hydrothermal field, Mid-Atlantic Ridge Geology, 43 (1). pp. 51-54. DOI 10.1130/G36113.1. Item availability may be restricted.
Hasenclever, J., Theissen-Krah, S., Rüpke, L. H., Morgan, J. P., Iyer, K., Petersen, S. and Devey, C. W.(2014) Hybrid shallow on-axis and deep off-axis hydrothermal circulation at fast-spreading ridges Nature, 508 (7497). pp. 508-512. DOI 10.1038/nature13174. Item availability may be restricted.
Bani Hassan, N., Iyer, K., Rüpke, L. H. and Borgia, A. (2012) Controls of bathymetric relief on hydrothermal fluid flow at mid-ocean ridges Geochemistry Geophysics Geosystems, 13 . Q05002. DOI 10.1029/2012GC004041. Item availability may be restricted.
Theissen-Krah, S., Iyer, K., Rüpke, L. and Morgan, J. P. (2011) Coupled mechanical and hydrothermal modeling of crustal accretion at intermediate to fast spreading ridges Earth and Planetary Science Letters, 311 (3-4). pp. 275-286. DOI 10.1016/j.epsl.2011.09.018. Item availability may be restricted.
Iyer, K., Rüpke, L. and Phipps Morgan, J. (2010) Feedbacks between mantle hydration and hydrothermal convection at ocean spreading centers Earth and Planetary Science Letters, 296 (1/2). pp. 34-44. DOI 10.1016/j.epsl.2010.04.037. Item availability may be restricted.
