Kæru félagar<br>
<br>
Meistaraprófsfyrirlestur í stofu 130 Öskju kl: 10-12, í dag 18
maí.<br>
<br>
MS lecture in room 130 Askja at 10-12, Tuesday 18th May<br>
<br>
<br>
<br>
Júlía Katrín Björke meistaranemi/MS student<br>
<br>
<br>
<br>
Titill/title<br>
<br>
<br>
<br>
Fluid-rhyolite interaction in geothermal systems, Torfajökull Iceland -<br>
secondary surface mineralogy and fluid chemistry upon phase segregation
and<br>
fluid mixing<br>
<br>
<br>
<br>
Leiðbeinandi: Andri Stefánsson<br>
<br>
<br>
<br>
Útdráttur<br>
<br>
Efnafræði jarðhitavatns hvera og yfirborðsummyndun tengd uppleysingu á
súru<br>
bergi í Torfajökli var rannsökuð. Jarðhitavirknin einkennist af
gufuhituðu<br>
súru súlfat vatni og ölkeldum, gufuaugum og sjóðandi klóríðvatni.<br>
Einkennandi ummyndun fylgdi ákveðnum vatnsgerðum. Í jarðhitavatninu
mældist<br>
sýrustig á bilinu 2.14 til 9.77 (við ~ 20°C), hitastig á bilinu 12 til
98°C<br>
og heildarmagn uppleystra efna á bilinu 97 til 1895 ppm. Ummyndun tengd
súra<br>
súlfat vatninu var myndlaus kísill, kvars, pýrít, anatas, smektít og
alúnít.<br>
Í kringum ölkeldurnar fannst myndlaus kísill, ferrihýdríð, myndlaus<br>
járnsiliköt og kvars. Í kringum klóríðvatnið var kvars, pýrít, götít og<br>
anatas algengast.<br>
<br>
Byggt á efnafræði vatnsins og ummyndun, voru síðsteindir, mettun
síðsteinda<br>
og hermireikningar á samspili gas, vatns og bergs, jarðefnafræði
frumefna og<br>
hreyfanleiki þeirra skoðaður.<br>
<br>
Na, K, Mg og Ca voru hreyfanleg og skoluðust þar með út við súrar
aðstæður í<br>
súlfat vatni. Hinsvegar sátu Fe, Ti og að einhverju leyti Si, eftir í<br>
ummynduninni og mynduðu kísilsteindir, kaólín, anatas og pýrít, en
einnig<br>
eitthvað af smektíti og súlfati. Í ölkeldunum var Na og K hreyfanlegt en
Fe<br>
og Si sátu eftir í kísilsteindum, ferrihýdríðum og járn-ríkum silikötum.<br>
Karbónöt reiknuðust ekki mettuð í hermilíkanareikningi og fundust ekki í<br>
ummyndunarsýnum. Mg, Ca og K voru hreyfanleg í útreikningum að sýrustigi
<6<br>
en voru svo magnbundið tekin inn í smektít og að lokum í seólíta og
karbónöt<br>
með hækkandi sýrustigi. Af þessum sökum minnkaði hreyfanleiki Mg og K
mjög<br>
og Ca og Na að einhverju leyti í klóríðvatni við hærra sýrustig. Byggt á<br>
þessu er áætlað að aðal breyturnar sem stýra samspili vatns og bergs við<br>
jarðhitaaðstæður (~100°C) eru sýruvirkni, oxunarstig og hvarftími.<br>
Samsetning djúpvatnsins var reiknuð út, byggt á efnafræði
klóríðvatnsins,<br>
suðulíkanareikningum og einnig efnavarmafræðilegu jafnvægi milli steinda
og<br>
vökva. Suða og fasaaðskilnaður djúpvatnsins og blöndun við súrefnisríkt<br>
yfirborðsvatn myndaði fjölbreyttu vatnsgerðirnar sem finnast á<br>
Torfajökulssvæðinu. Ölkeldurnar virðast myndast við <10% gufumagn,
myndað<br>
við suðu og fasaaðskilnað við >200°C og blandað köldu yfirborðsvatni.<br>
Hinsvegar er súra súlfat vatnið myndað við mikla suðu og gufuþéttingu
sem<br>
blandast við kalt yfirborðsvatn. Klóríðvatnið er soðið afgangs djúpvatn
við<br>
yfirborð.<br>
<br>
Abstract<br>
<br>
The surface hydrothermal water chemistry and alteration mineralogy<br>
associated with rhyolitic rocks at Torfajökull Iceland was studied. The<br>
hydrothermal surface activity was characterized by acid sulphate and<br>
carbonate steam heated waters, steam vents and boiling NaCl springs.<br>
Distinguished alteration was observed associated with various types of<br>
waters. The pH and temperature of the waters ranged from 2.14 to 9.77
(at<br>
~20°C) and 12 to 98°C, respectively, and total dissolved solids (TDS)
were<br>
between 97 and 1895 ppm. The alteration mineralogy associated with acid<br>
sulphate waters was dominated by amorphous silica, quartz, kaolinite,<br>
pyrite, anatase, smectite and alunite, whereas around carbonate springs<br>
amorphous silica, ferrihydrite, amorphous iron silicates and quartz<br>
predominated. Around NaCl waters quartz, pyrite, goethite and anatase
were<br>
most common. Based on the chemical composition of the waters and
alteration<br>
product, secondary mineralogy, mineral saturation and reaction path<br>
modelling, elemental geochemistry and mobility was evaluated. Sodium, K,
Mg<br>
and Ca were observed to be mobile and leached out during acid sulphate<br>
alteration whereas Fe, Ti and to a less extent Si, were retained in the<br>
alteration product forming SiO2, kaolinite, anatase and pyrite as well
as<br>
some smectites and sulphates. For carbonate waters, Na and K were
observed<br>
to be mobile whereas Fe and Si are retained in SiO2, ferrihydrites and
iron<br>
rich silicates. Carbonates were not calculated or observed to form<br>
associated with carbonate springs. Magnesium, Ca and K were observed to
be<br>
mobile at pH<6 whereas they are quantitatively retained into
smectites and<br>
eventually also zeolites and carbonates with increasing pH. As a<br>
consequence, the mobility of Mg and K and to a less extent Ca and Na are<br>
greatly reduced in NaCl type waters under alkaline conditions. Based on
the<br>
above, the key factors controlling the fluid-rhyolite interaction under<br>
surface hydrothermal conditions (~100°C) are acid supply, oxidation
state<br>
and extent of reaction. The aquifer fluid composition was reconstructed<br>
based on the chemical composition of NaCl boiling hot springs and
boiling<br>
models as well as thermodynamic mineral-fluid equilibria. Boiling and
phase<br>
segregation of the aquifer fluids and mixing with oxygenated surface
waters<br>
resulted in the various hydrothermal fluids observed at surface.
Carbonate<br>
waters seem to be formed from <10% steam by weight, formed upon
boiling and<br>
phase segregation at >200°C and mixed with non-thermal surface
waters. On<br>
the other hand, acid sulphate waters are formed upon extensive boiling
and<br>
steam condensation and mixing with non-thermal surface waters. NaCl
waters<br>
are the residual boiled hydrothermal aquifer waters at surface.<br>