EIGENSCHAP VAN WATER BEPAALT TEMPERATUUR VAN `BLACK SMOKERS'

Met behulp van de computer hebben twee geofysici van de universiteit van Cambridge een al lang bestaand raadsel rondom de temperatuur van zogenoemde black smokers opgelost (Nature, 24 februari 2000).

Deze onderzeese fonteinen van gloeiend heet water ontstaan op midoceanische ruggen, waar heet magma opwelt uit het binnenste van de aarde en direct in contact komt met koud zeewater. Omdat er voortdurend mineralen als kleine deeltjes uit het zeewater neerslaan, ontstaat een soort zwarte rook, die dit fascinerende natuurverschijnsel zijn naam heeft gegeven. Hoewel de temperatuur van het water kan oplopen tot zo'n 400 °C, is dat toch aanzienlijk minder dan de ongeveer 1200 °C van het magma.

Timm Jupp en Adam Schultz berekenden wat er gebeurt wanneer de onderkant van een enorm blok water plaatselijk tot 1200 °C wordt verhit. Uit deze begintoestand werd het gedrag van de vloeistof gedurende een periode van jaren in de computer gevolgd totdat een min of meer stabiele eindtoestand was verkregen. In werkelijkheid duurden de berekeningen natuurlijk niet meer dan enkele dagen. Er bleek vanzelf een sterke omhoog gerichte stroming te ontstaan, met een temperatuur die inderdaad niet hoger was dan de in werkelijkheid waargenomen 400 °C. Zelfs wanneer de temperatuur van het magma daalde tot 500 °C, bleef de watertemperatuur gehandhaafd. Alleen in een dunne grenslaag, vlak boven het hete magma, werden wel hogere temperaturen aangetroffen. Het water stroomt daar overwegend langs het oppervlak en kan zo heel efficiënt warmte opnemen.

De resultaten van de simulaties wezen overtuigend uit dat uitsluitend de eigenschappen van het water de temperatuur ervan bepalen. De enige onvolkomenheid is nu nog dat alle berekeningen werden uitgevoerd met zuiver water in plaats van zout water, aangezien de eigenschappen daarvan onvoldoende goed bekend zijn. De onderzoekers weten echter aannemelijk te maken dat daardoor de conclusies niet wezenlijk veranderen.

(Rob van den Berg)