SiO2 geotermometre

Bolo vyvinutých mnoho rozpustných (vodných) geotermometrov, z ktorých najpoužívanejšie sú SiO₂ geotermometre (kremeň a chalcedón).

SiO₂ geotermometre sú založené na experimentálne určenej teplotne závislej zmeny rozpustnosti kremeňa vo vode. Kremeň je najstabilnejšou a najmenej rozpustnou formou oxidu kremičitého v podmienkach 120 ° alebo 180 - 330 °C (Fournier a Rowe, 1966). Pretože kremeň sa nachádza v rôznych formách v geotermálnych oblastiach ako kremeň, chalcedón, crystobalit, odlišné SiO₂ geotermometre boli vytvorené mnohými autormi. Typ kremeňa v geotermálnej vode závisí od teploty vody. Odlišné geotermometre sú platné v odlišných teplotných rozsahoch, pretože reagujú odlišne na ochladzovanie vo výstupnej zóne.

Ak používame SiO₂ geotermometre, treba brať do úvahy:

- teplotný rozsah pre ktorý platí rovnica,

- účinky oddelenia pary,

- možná precipitácia kremeňa pred odberom vzoriek alebo po odbere,

- účinky pH na rozpustnosť kremeňa,

- možné miešanie horúcej vody s chladnou predtým, ako geotermálna voda vystúpi na povrch,

- saturačné stavy,

- využitie SiO₂ ovplyvňuje krivka rozpustnosti, kontroluje koncentráciu SiO₂ vo vode.

Rovnice pre SiO₂ geotermometre sú platné pre teplotný rozsah až 250 °C.  Ak voda vrie, silikátové koncentrácie v zostatkovej tekutine narastajú v pomere k množstvu oddelenej pary. Frakcionácia medzi vodou a parou je najväčšia pri nízkej teplote, čo má veľký význam pri teplotách geotermálnych vôd. Separácia pary môže prebiehať v jednom kroku, vo viacerých alebo v kontinuálnych procesoch, z ktorých všetky ovplyvňujú izotopové zloženie zvyškovej vody (Truesdell a Fournier, 1977). Keď voda stúpa na povrch, môže byť ochladzovaná. Nižší odhad teploty je výsledkom zmien v koncentrácii SiO₂ vplyvom precipitácie niektorej z foriem kremeňa. Pri precipitácii dôjde k poklesu koncentrácie SiO₂. Rozpustnosť tiež narastá s narastajúcim pH. Najvýraznejší účinok je pri teplote 175 °C, kde pH 7,6 spôsobí 10 % nárast rozpustnosti. Avšak hodnoty pH sú u väčšiny geotermálnych vôd menej než 7,5. Hodnoty pH viac než 7,5 sú spôsobené stratou CO₂.

Vzhľadom k tomu, že rozpustnosť kremíka narastá s narastajúcou teplotou, horúca voda má vyššie kremíkové koncentrácie v porovnaní s chladnou vodou. Ak sa horúca voda mieša s chladnou podzemnou vodou, silikátové koncentrácie sa znižujú, čo má za následok nižší odhad teploty. Nie je možný rovnovážny stav (Güleҫ, 2005).

Príspevok je výsledkom výskumu realizovaného v rámci riešenia Grantu UK/207/2016 "Vplyv hodnoty saturačného indexu na presnosť určenia ložiskovej teploty pomocou geotermometrov".

[1] Fournier, R. O., Rowe, J. J. 1966: Estimation of underground temperatures from the silica contents of water from hot springs and wet steam wells. American Journal of Science, Vol. 264, 685  - 697 s.
[2] Güleҫ, N. 2005: Applications of Geothermometry. Geothermal Geochemistry and Some New Geothermal Approaches, Reviewed Course Book of International, Turkey, 85 - 103 s.
[3] Truesdell, A. H. and Fournier, R. O. 1977: Procedure for estimating the temperature of hot water component in a mixed water using a plot of dissolved silica vs. enthalpy. US Geol. Survey J. Res., 5, 49 - 52 s.