地熱與海底熱柱（Geothermal Heating and Hydrothermal Vents）

地熱與海底熱柱（Geothermal Heating and Hydrothermal Vents）
臺北市立南湖高級中學地球科學科董家莒老師/國立臺灣師範大學地球科學系吳朝榮教授責任編輯

藉由中洋脊擴張中心的岩漿噴出模型，讓地質物理學家預期：中洋脊裂谷所釋放的熱流量應超過附近的海底沉積物。科學家推測此兩者間的熱流量差可能為熱液循環所造成，它的數值大約在 0.1-1瓦/平方公尺，這個效應可能與地殼內的海水循環和注入海洋的熱泉有關。

的確，Alvin潛水艇在太平洋具有海底熱柱處發現這些熱流，而海底熱柱所噴出的熱流中充滿著黑色的礦物顆粒，並從溫度高達350℃的熱柱出口流出，由 Lupton and Craig (Science, 1981)在熱泉出口處釋放出氦同位素（3He, 4He）所做的研究證實，這些海底熱流的化學物質可以由出口處被追蹤2000公里，約穿過太平洋。

海底熱柱所噴出的高溫流體如羽毛狀般快速上升，從海底浮起約數百公尺，最終與附近的流體混合而失去浮力。藉由實驗室和大氣流體的研究顯示，此上升高度與環境變化有關，像是海水的寧靜度或是最初的熱浮力等。在上升的過程中，誘導作用將會使周圍流體進入此羽毛狀結構，並發生旋轉效應，最後在羽毛狀結構停止上升的同一水平面上，流體將會從中心分離，再次地旋轉及擴散(Speer & Rona, JGR, 1989)。這個過程在較低的水平面產生氣旋式的流動，在結構高處的水平面產生反氣旋式的流動(Joyce et al., GRL, 1998)。一系列這樣的羽毛狀結構存在於洋脊的裂谷頂部或是軸側的山谷處，這也許是沿著洋脊流動的反氣旋式平均海流所造成(Helfrich et al., GRL, 1998)。

這樣的羽毛狀結構在較大的尺度中常常影響海溫、鹽度以及由源頭所釋放出的可追蹤物質（例如氦同位素）。世界海洋環流實驗（WOCE）的水文調查工作包括了追蹤深海的氦元素，而此方法已經被使用並描繪出洋脊裂谷處的羽毛狀結構。一個由北到南穿越太平洋的觀測計畫，以多點的方式對這些羽毛狀結構進行大規模的觀測，結果在東太平洋海隆(EPR) 北緯8度和南緯12度的位置觀測到羽毛狀結構的最大值，而在 Juan de Fuca (JdF)海脊最大值的位置則在美國西北海岸的西方大約北緯42度。

參考資料：
麻省理工學院開放式講堂 MIT OpenCourseWare