Náttúrufræðingurinn - 2012, Page 57

57
Tímarit Hins íslenska náttúrufræðifélags
varmagjafanum og breytist í gufu,
sem stígur upp og hitar grunnvatns-
strauminn að suðu og alla leið til
yfirborðs þar sem gufuuppstreymið
er mest, en þar sem það er tregara
þéttist öll gufan á leiðinni þannig að
efst nær grunnvatnið ekki að hitna
að suðumarki.
Gufupúði í rótum háhitakerfa
gæti stafað af því að írennsli í ræt-
urnar sé tregt miðað við varmaflæðið
frá varmagjafanum, en það þarf þó
ekki að vera svo. Ef lekt er góð getur
hræringin falið í sér að vatn sígi
niður að varmagjafanum, og þegar
það sýður stígur gufan upp vegna
þess að hún er mun eðlisléttari en
vatnið. Bestu skilyrðin fyrir einvíða
hræringu af þessu tagi verða þegar
botnhiti er nokkru lægri en krítískur
hiti (374°C) vegna þess að þá er
seigja vatnsins lítil og mikill munur
á eðlisþyngd vatns og gufu.44,45
Önnur háhitakerfi eru þannig að
við botn hræringar vatnsins er hiti
undir suðumarki, t.d. á Reykjanesi
og í Svartsengi. Varmaflutningur frá
hitagjafa þessara kerfa er ekki eins
skilvirkur og í einvíðum hræring-
arkerfum, sem einkennast af niður-
streymi vatns og uppstreymi gufu.44
Eins og áður var nefnt liggja inn-
skot grunnt í virkum háhitakerfum,
svo grunnt að þrýstingur vatnssúlu
nær ekki krítískum þrýstingi fyrr en
komið er niður í varmagjafann, þ.e.
á 3,5 km dýpi fyrir ferskvatnskerfi
og 5,2 km fyrir jarðsjó46 (7. mynd).
Sömu sögu er að segja um forn
háhitakerfi ef miðað er við upphaf-
legt yfirborð jarðar þegar þessi kerfi
voru virk. Lægi varmagjafinn dýpra
gæti yfirkrítískur vökvi vissulega
myndast, en eigi hræringarkerfi að
ná hærri hita og þrýstingi en svarar
til krítíska punktsins verður hiti
og þrýstingur að breytast þannig
með dýpi að eðlisþyngd yfirkrítíska
vökvans fari lækkandi með vax-
andi dýpi. Gerist það ekki nær botn
hræringar aðeins upp undir krítíska
punktinn (374°C) og botnhiti verður
því lægri en krítískur hiti.
Súr vökvi og kvikugös
Súr vökvi er vel þekktur í djúpum
borholum í allmörgum háhita-
kerfum í heiminum.48–50 Það sem
veldur því að djúpvatn í háhita-
kerfum er súrt er annaðhvort salt-
sýra (HCl) eða bísúlfat (HSO-4) eða
báðar þessar sýrur. Þótt bísúlfat sé
sterk sýra við lágan hita er hún veik
sýra við háan hita. Þess vegna er bí-
súlfat-vatn ekki súrt við háan hita,
en það verður súrt við að kólna
með þrýstifallssuðu. Andstætt bí-
súlfati er saltsýra sterk sýra við öll
hitastig.46 Sýrugjafarnir eru ýmist
kvika eða þurr gufa. Í fyrra tilfellinu
leiðir afgösun kviku af vetnisklóríði
(HCl) til þess að vatnið næst varma-
gjafanum verður súrt vegna þess að
vetnisklóríð myndar saltsýru þegar
það leysist upp í vatni. Á sama hátt
getur brennisteinstvíoxíð (SO2) frá
kviku haft það í för með sér að vatn
við holutopp og eitthvað niður eftir
holunni verður súrt, því að það
myndar bísúlfat (brennisteinssýru)
við að leysast upp í vatni. SO2 er
torleyst í kviku en HCl tiltölulega
auðleyst. Því tapast SO2 fljótt úr
kvikunni en HCl treglega og jafnvel
lítið. En vetnisklóríð er gufuleitið
við háan hita, sérstaklega þegar
vatnið er salt. Ef gufa með HCl þétt-
ist verður þéttivatnið súrt. Myndist
yfirhituð gufa við þurreimingu á
vatni eru líkur á að það klóríð sem
var í vatninu leiti í gufuna sem HCl,
því að efnasambönd af klóríði eru
auðleyst í vatni og því situr klóríðið
ekki eftir í berginu í steindum þegar
vatnið þurreimast.
Þegar fersk kvika treðst inn í
rætur háhitakerfa hefur hún til-
hneigingu til að afgasast, allt eftir
magni gass í kvikunni og því dýpi
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
100 200 300 400
D
ýp
i –
D
ep
th
(
m
)
Hiti – Temperature (°C)
Hreint vatn
– Pure water
374°C
221 bar
405°C
302 bar
Sjór – Sea water
7. mynd. Suðumarks-
ferill fyrir hreint vatn
og sjó (3,2% NaCl-lausn).
Frá Helga Björnssyni47
og Stefáni Arnórssyni
o.fl.46 – Boiling point
curve with depth for
pure water and seawater
(3.2% NaCl-solution).
From Björnsson47 and
Arnórsson et al.46
6. mynd. Einfaldað snið af háhitakerfi með
gufupúða yfir kviku-varmagjafa. Þessi
mynd á sérstaklega við um Kröflu og sýnir
varmagjafann (kvikuinnskot), leiðnilagið
milli kviku og botns jarðhitakerfisins, gufu-
púðann yfir því og loks svonefnd neðra og
efra kerfi. Vatnið í neðra kerfinu er gufu-
hitað og við suðu (tvífasa) en í efra kerfinu
er hiti undir suðumarki. – Simplified sec-
tion through a high-temperature system
with a vapor-dominated zone above the
magma heat source. This section refers spe-
cifically to the Krafla system and shows the
magma intrusion, the conductive layer be-
tween magma and the bottom of the hydrothermal system, the vapor zone above this layer
and the above-lying lower two-phase and the upper sub-boiling reservoirs, respectively.
Leiðnilag -
Conductive
layer
Kvika - Magma
Gufupúði -
Vapor zone
Neðra kerfi -
Two-phase zone
Efra kerfi -
Sub-boiling
zone
Gufuhver -
Fumarole
Lek sprunga -
Permeable
fracture