Þrývarmingsferlið

Hér er í fyrsta sinn viðurkennd vísindaleg sönnunarfærsla á útfellingarferlinu „útfelling salts í jarðhita“ sem getur útskýrt myndun stærstu einsleitu steindar heimsins – salthvelfingar. Hvernig geta þessar hugmyndir átt við um aðrar bergtegundir og steindir?

Það er almennt þekkt að salt og sykur munu leysast upp í vatnsglasi – en hvenær sást steinn eins og granít leysast upp í vatni? Flestir eru sammála um að steinar, sérstaklega kvarssteinar líkt og granít leysast ekki gjarnan í vatni. Engu að síður er þetta fyrsta skrefið í áttina að skilningi okkar á því hvernig kvars steinar vaxa í vatni. Ekki hefur verið tekið eftir staðreyndinni í jarðvísindasamfélaginu að venjulegir steinar geta leyst upp í vatni. Þetta er megin umræðuefnið þessa kafla.

Augljóslega sjást algengar steindir eins og kvarssandur ekki leysast upp í vatni eða falla út úr náttúrulegu vatni með uppgufun í dag. En, núið er ekki alltaf lykillinn að fortíðinni. Bara vegna þess að við upplifum eða sjáum ekki ákveðin ferli í dag, þýðir það ekki að það hafi ekki gerst í fortíðinni. Mörg slík ferli er hægt að endurtaka að vissu marki í tilraunastofu.

Við þrýsting við sjávarmál (u.þ.b. 1 atm) og hitastigið 1700°C, þá bráðnar kvars. Hins vegar við 375°C hita og 1000 atm háan þrýsting, þá leysist kvars upp í steinefnaríkt vatn. Þetta er ekki ný athugun en hún er heldur ekki vel þekkt.

Það ferli þar sem salt leysist upp og fellur út með uppgufun er svo almennt þekkt og skilið, enda hafa náttúrufræðingar notað það til að útskýra öll saltlög, jafnvel þótt það útskýrir ekki á fullnægandi hátt myndun flestra saltlaga. Með því að skilja að steinar geta leyst upp í vatni getum við byrjað að skilja að vöxtur kristalla eða steinda úr vatni getur gerst með aðferðum öðrum en með uppgufun. Kristöllun steinda eins og kvars getur átt sér stað á þrennan hátt:

1. Lækkun hitastigs
2. Lækkun þrýstings
3. Hækkun þrýstings

Ef við höfnum sístöðureglunni, sem sýnd hefur verið fram á í köflum hér á undan að sé röng, og opnum hug okkar fyrir þeim möguleika að jörðin hafi fyrr á tíð orðið fyrir hækkun á hitastigi og háum vatnsþrýstingi, verðum við verðlaunuð með sannri þekkingu á kristöllunarferli steina og steinda.

Hár þrýstingur getur komið til djúpt í vatni. Þegar dýptin eykst, vex þrýstingur hratt. Það var ekki fyrr en á síðustu áratugum að rannsakendur hafa búið yfir tækni sem stenst þeim brakandi þrýstingi sem fyrirfinnst á hafsbotni. Hækkun á hitastigi geta átt uppruna sinn í núningshita, sem fjallað var um nýlega.

Þetta ný uppgötvaða umhverfi er nokkurt þar sem vitað er að steindir myndast í með ferli sem ekki er til nafn yfir enn. Við munum skilgreina nokkur nýyrði til að lýsa þessi ferli. Í fyrsta lagi, þrývarming er ferli sem fellir út fast efni úr lausn eða gasi með breytingu á þrýstingi eða hitastigi.

Á sama hátt og við notum hugtakið ‚uppgufun‘ til að lýsa hvernig sumar steindir kristallast vegna uppgufunar vatns, þá lýsir þrývarming hvernig steindir kristallast vegna breytinga á þrýstingi, hitastigs eða hvoru tveggja. Orðið þrývarming er komið úr orðunum ‚þrýstingur‘, ‚varmi‘ og útfelling og er notað til að lýsa föstum efnum sem verða eftir úr þrývarmingsferli. Þessi efni kallast þrývarmaset. Þrývarmaset er svipað og gufunarset. Gufunarset er lýst í kennslubókum í jarðfræði sem salt sem verður eftir að uppgufun lokinni en aftur á móti myndast steindin þrývarmaset vegna breytinga á þrýstingi og/eða hitastigi.

Uppgufun og þrývarming eru skyld ferli. Bæði eru kristöllunarferli sem innihalda föst efni sem hafa verið leyst upp í vatnslausn. Sagt er að vatn gufast upp þegar það breytist úr vökva í gasform og sleppur út en það skilur eftir áður uppleyst föst efni. Þegar lausn verður fyrir hitastigs- eða þrýstingsbreytingu, getur þrývarming átt sér stað. Í náttúrunni er ‚hreint‘ vatn ekki til og allt uppgufað vatn mun skilja eftir leifar af föstu efni. Þegar kristallar myndast vegna breytinga á hitastigi (eins og kandís) eða vegna breytinga á þrýstingi, þá myndast þrývarmaset.

Gufunarset og þrývarmaset eru bæði útfellingar sem kristallast úr föstum efnum sem áður voru uppleyst í vökva. Lausn sem verður fyrir uppgufun, eins og sjór, mun skilja eftir gufunarset sem búið er til úr steindum sem voru í lausninni, en aðeins í grunnum sjó (um það bil 1 m og grynnra) hafa menn nokkurn tímann getað séð slíka uppgufun sem skilur eftir sig föst efni. Þegar þetta gerist, þá koma öll sex sölt sjávarins í ljós sem setjast gjarnan í lög. Það er enginn möguleiki fyrir stórum einsleitum setum einnar gerðar af salti í gegnum uppgufun. Það er vegna þessa sem leyndardómurinn um saltið er til staðar. Nú, með skilning á útfellingarferlinu, getum við lýst uppruna stórra saltseta.

Flest okkar skilja að sölt leysast upp í vatni og kristallast síðan þegar vatnið gufar upp. Við vitum einnig að þau leysast aftur upp ef þeim er blandað aftur í vatn. Aðrar steindir líkt og kvars leysast ekki upp í náttúrulegu vatni. Vegna þess að hugmyndin um að kvarskristallar vaxa í vatni er óþekkt, þá er það nokkuð merkilegt að raunverulega ‚sjá‘ vatn í steinum.