DENİZ TABANI BATİMETRİSİNİN HİDROTERMAL DOLAŞIM ÜZERİNDEKİ ETKİSİNİN ARAŞTIRILMASI: LUCKY STRIKE ÖRNEĞİ

Year 2021, Volume: 31 Issue: 1, 1 - 10, 16.02.2021

Engin Erçetin Doğa Doğan

Abstract

Hidrotermal alanlar dünya üzerinde daha çok okyanus ortası sırtlarında bulunmaktadırlar. Yüksek sıcaklığa sahip bu sahalar gelecekteki enerji kaynaklarına bir alternatif olarak düşünülmelerinin yanısıra meydana getirdikleri mineral birikimleri, çevrelerinde oluşan habitat sebebi ile de pek çok araştırmanın konusu olmuşlardır. Hidrotermal alanların oluşumunda rol oynayan en önemli faktörler arasında ısı kaynağının varlığı ve derinliği, akışkanın yeriçindeki dağıtımından sorumlu faylar/kırıklar ve deniz tabanı topografyası sayılabilir. Bu çalışma kapsamında deniz tabanı topografyasının değişiminin hidrotermal alanın çıkış yerini ve sıcaklığını nasıl değiştirdiği çeşitli modellerle test edilmiş ve tartışılmışıtr. Sıcaklık ve akış modellemesi, sonlu hacimler yöntemine dayanan ANSYS Fluent programı ile gerçekleştirilmiştir. Ardından, Atlantik Okyanus Ortası Sırtında keşfedilen Lucky Strike hidrotermal alanınındaki sıcaklık dağılımı zamana bağlı olarak çözülmüştür. Sayısal modeller, hidrotermal alanların çıkış noktasının zaman içerisinde batimetrik yükselimin zirvesine doğru ilerlediğini ve de sonunda kararlı (steady-state) bir hal aldığını ortaya koymaktadır. Bu zaman içerisinde yer değiştirme durumunun başlamasından sonra geçen süre ve kararlı duruma erişmeden göçün tamamlanması için gereken zaman, öngörülen batimetrik yüksekliğin yükseklik ve genişliğine bağlıdır. Lucky Strike bölgesi için elde ettiğimiz modeller, hidrotermal alanın Lucky Strike volkanının hemen üzerinde oluştuğunu göstermektedir. Bu sonuç, bölgede yapılan gözlemsel çalışmalarla uyum içerisindedir.

Keywords

Sayısal modelleme, Akışkan modellemesi, Sıcaklık modellemesi, Lucky Strike, Okyanus Ortası Sırtı

Thanks

Bu makale, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Jeofizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı’nda yüksek lisans tezi olarak hazırlanmıştır. Yazarlar, bu projenin gerçekleşmesinden dolayı İTÜ kurum koordinatörlerine teşekkür ederler.

INVESTIGATIONOF THE EFFECT OF THE SEA FLOOR BATHYMETRY ON HYDROTHERMAL CIRCULATION: LUCKY STRIKE CASE

Abstract

Hydrothermal fields are generallyfound on mid-ocean ridges. These high-temperature areas have been the subject of many studies due to the mineral deposits they create and the habitat formed around them, as well as being considered as an alternative to future energy resources. The most important factors that play a role in the formation of hydrothermal areas are the presence and depth of the heat source (magma chamber), the faults / fractures that transports the fluid and sea floor topography. In this study, we investigate the effect of sea floor topography on fluid flow and temperature distribution by numerous test models.Temperature and flow modeling was carried out with the ANSYS Fluent program based on the finite volume method. After the test models, the temperature distribution in the Lucky Strike hydrothermal field discovered in the Mid-Atlantic Ocean Ridge is simulated with respect to time. Numerical models reveal that the hydrothermal vent fields progresses towards the peak of the bathymetric rise over time and eventually becomes steady-state. During this time, the time elapsed after the start of the displacement state and the time required to complete the migration before reaching a steady state depends on the height and width of the rise. The models we obtained for the Lucky Strike region predict that the hydrothermal field is just above the Lucky Strike volcano. This results are in good agreementwith the observations in the region.

Keywords

Numerical modeling, Fluid flow modeling, Temperature modeling, Lucky Strike, Mid-Ocean Ridge

References

• ANSYS. 2018. ANSYS Fluent Benchmark. Retrieved 21-06-2018, from https://www.ansys.com/solutions/ solutions-by-role/it-professionals/platform-support/benchmarks-overview/ansys-fluent-benchmarks
• Baker, E. T., & German, C. R., 2004. On the global distribution of hydrothermal vent fields. Mid-ocean ridges, 245-266.
• Bani-Hassan, N., Iyer, K., Rüpke, L. H., Borgia, A., 2012. Controls of bathymetric relief on hydrothermal fluid flow at mid‐ocean ridges. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 13(5). Combier, V., Seher, T., Singh, S. C., Crawford, W. C., Cannat, M., Escartín, J., Dusunur, D., 2015. Three-dimensional geometry of axial magma chamber roof and faults at Lucky Strike volcano on the Mid‐Atlantic Ridge. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 120(8), 5379-5400.
• Dusunur, D., Escartín, J., Combier, V., Seher, T., Crawford, W., Cannat, M., Miranda, J. M., 2009. Seismological constraints on the thermal structure along the Lucky Strike segment (Mid-Atlantic Ridge) and interaction of tectonic and magmatic processes around the magma chamber. Marine Geophysical Researches, 30(2), 105-120.
• Düşünür-Dogan, D., Escartin, J. 2012. Magma odalı yavaş yayılan okyanus ortası sırtlarında ısı modellemesi. Yerbilimleri/ Earth Sciences, 33(1).
• Düşünür-Doğan, D., & Üner, S. 2019. Numerical simulation of groundwater flow and temperature distribution in Aegean Coast of Turkey. Journal of Earth System Science, 128(6). https://doi.org/10.1007/s12040-019-1183-9.
• Erçetin, E. 2017. Deniz tabanı topoğrafyasının hidrotermal dolaşıma etkileri, Lucky Strike hidrotermal alanında çalışma, Y.Lisans Tezi, İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü.
• Fouquet, Y., Charlou, J.-L., Radford-Knoery, J., Donval, J.-P., Pelle, H., Ondreas, H., Lourenco, N., Segonzac, M., Tivey, M. K., 1994. Geological setting and comparison of the Menez-Gwen and Lucky Strike vent fields at 37°17’N and 37°50’N on the Mid-Atlantic Ridge (MAR, DIVA 1 diving cruise), Eos Trans. AGU, 75(44), Fall Meet. Suppl., Abstract
• Fouquet, Y., Ondreas, H., Charlou, J.-L., Donval, J.-P, Radford-Knoery, J., 1995. Atlantic lava lakes and hot vents, Nature, 377, 201-205.
• Humphris, S. E., Fornari, D.J., Scheirer, D.S., German, C.R., Parson, L.M., 2002. Geotectonic setting of hydrothermal activity on the summit of Lucky Strike seamount (37°17’N, Mid-Atlantic Ridge), Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 3, 8, 10.1029/2001GC000284.
• Langmuir, C.H., G. Klinkhammer, H. Bougault, and Shipboard Scientific Party, 1992. FAZAR Cruise Report, Lamont-Doherty Earth Observatory, Palisades, N.Y
• Langmuir, C., Humphris S., Fornari, D., C. Van Dover, K. Von Damm, Tivey, M. K., Colodner, D., Charlou, J., Desonie, D., Wilson, C., Fouquet, Y., Klinkhammer G., Bougault, H., 1997. Hydrothermal vents near a mantle hot spot: the Lucky Strike vent field at 37°N on the Mid-Atlantic Ridge, Earth Planet. Sci. Lett., 148, 69- 91.
• Loreto, M.F., Düşünür-Doğan, D., Üner, S., İşcan-Alp, Y., Ocakoğlu, N., Cocchi, L., Muccini, F., Giordano, P., Ligi, M. 2019. Fault-controlled deep hydrothermal flow in a back-arc tectonic setting, SE Tyrrhenian Sea. Sci Rep 9, 17724.
• Lowell,R.P.,1980. Topographically driven subcritical hydrothermal convection in the oceanic‐crust, Earth Planet. Sci. Lett., 49(1), 21–28, doi:10.1016/0012‐821X(80)90145‐4.
• Üner, S., Düsünür-Dogan, D., 2019. Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği Çözücüsü Ansys Fluent Programının Karşılaştırılmalı Çözümü Ve Yerbilimlerinde Uygulaması, İstanbul Üniversitesi Yerbilimleri Dergisi., 30, 50-57.
• Singh, S. C., Crawford, W. C., Carton, H., Seher, T., Combier, V., Cannat, M., Miranda, J. M., 2006. Discovery of a magma chamber and faults beneath a Mid-Atlantic Ridge hydrothermal field. Nature, 442(7106), 1029- 1032.
• Smith, D. K., Cann, J. R., 1992. The role of seamount volcanism in crustal construction at the Mid‐Atlantic Ridge (24°–30° N). Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 97(B2), 1645-1658.
• Rona, P. A., Devey, C. W., Dyment, J., & Murton, B. J., 2010. Diversity of hydrothermal systems on slow spreading ocean ridges. Washington DC American Geophysical Union Geophysical Monograph Series, 188.
• Tolstoy, M., Bohnenstiehl, D. R., Edwards, M. H., & Kurras, G. J. (2001). Seismic character of volcanic activity at the ultraslow-spreading Gakkel Ridge. Geology, 29(12), 1139-1142.
• Von Damm, K. L., Bray, A. M., Buttermore, L. G., ve Oosting, S. E., 1998. The geochemical controls on vent fluids from the Lucky Strike vent field, Mid-Atlantic Ridge, Earth Planet. Sci. Lett., 160, 521-536.