Una fuente termal , una fuente hidrotermal o una fuente geotérmica es una fuente producida por la aparición de agua subterránea calentada geotérmicamente en la superficie de la Tierra. El agua subterránea se calienta ya sea por cuerpos poco profundos de magma (roca fundida) o por circulación a través de fallas hasta rocas calientes en las profundidades de la corteza terrestre . En cualquier caso, la fuente última de calor es la desintegración radiactiva de elementos radiactivos naturales en el manto de la Tierra , la capa debajo de la corteza.
El agua termal a menudo contiene grandes cantidades de minerales disueltos. La química de las fuentes termales varía desde fuentes de sulfato ácido con un pH tan bajo como 0,8, a fuentes de cloruro alcalino saturadas con sílice , a fuentes de bicarbonato saturadas con dióxido de carbono y minerales de carbonato . Algunos manantiales también contienen abundante hierro disuelto. Los minerales traídos a la superficie en las aguas termales a menudo alimentan a comunidades de extremófilos , microorganismos adoptados a condiciones extremas, y es posible que la vida en la Tierra tuviera su origen en las aguas termales. [1] [2]
Los seres humanos han utilizado las aguas termales para bañarse, relajarse o realizar terapias médicas durante miles de años. Sin embargo, algunos son lo suficientemente calientes como para que la inmersión pueda ser dañina, provocando quemaduras y, potencialmente, la muerte. [3]
Definiciones
No existe una definición universalmente aceptada de una fuente termal. Por ejemplo, uno puede encontrar la frase fuente termal definida como
- cualquier manantial calentado por la actividad geotérmica [4]
- un manantial con temperaturas del agua superiores a sus alrededores [5] [6]
- un manantial natural con la temperatura del agua por encima de la temperatura del cuerpo humano (normalmente alrededor de 37 ° C (99 ° F)) [7] [8] [9] [10] [11]
- un manantial natural de agua cuya temperatura es superior a 21 ° C (70 ° F) [12] [13] [14] [15]
- un tipo de manantial termal cuya temperatura del agua suele ser de 6 a 8 ° C (11 a 14 ° F) o más por encima de la temperatura media del aire. [dieciséis]
- un manantial con temperaturas del agua superiores a 50 ° C (122 ° F) [17]
El término relacionado " manantial cálido " se define como un manantial con una temperatura del agua menor que una fuente termal por muchas fuentes, aunque Pentecost et al. (2003) sugieren que la frase "primavera cálida" no es útil y debe evitarse. [9] El Centro de Datos Geofísicos de la NOAA de EE. UU. Define un "manantial cálido" como un manantial con agua entre 20 y 50 ° C (68 y 122 ° F).
Fuentes de calor
El agua que sale de una fuente termal se calienta geotérmicamente , es decir, con el calor producido por el manto de la Tierra . Esto ocurre de dos formas. En áreas de alta actividad volcánica, el magma (roca fundida) puede estar presente a poca profundidad en la corteza terrestre . El agua subterránea es calentada por estos cuerpos de magma poco profundos y sube a la superficie para emerger en una fuente termal. Sin embargo, incluso en áreas que no experimentan actividad volcánica, la temperatura de las rocas dentro de la tierra aumenta con la profundidad. La tasa de aumento de temperatura con la profundidad se conoce como gradiente geotérmico . Si el agua se filtra lo suficientemente profundo en la corteza, se calentará cuando entre en contacto con la roca caliente. Esto generalmente ocurre a lo largo de fallas , donde los lechos de rocas rotas proporcionan caminos fáciles para que el agua circule a mayores profundidades. [18]
Gran parte del calor se crea por la desintegración de elementos radiactivos naturales. Se estima que entre el 45 y el 90 por ciento del calor que se escapa de la Tierra se origina en la desintegración radiactiva de elementos ubicados principalmente en el manto. [19] [20] [21] Los principales isótopos productores de calor en la Tierra son el potasio-40 , el uranio-238 , el uranio-235 y el torio-232 . [22] En áreas sin actividad volcánica, este calor fluye a través de la corteza por un lento proceso de conducción térmica , pero en áreas volcánicas, el calor es llevado a la superficie más rápidamente por cuerpos de magma. [23]
Una fuente termal que periódicamente lanza agua y vapor se llama géiser . En zonas volcánicas activas como el Parque Nacional Yellowstone , el magma puede estar presente a poca profundidad. Si una fuente termal está conectada a una gran cisterna natural cerca de dicho cuerpo de magma, el magma puede sobrecalentar el agua en la cisterna, elevando su temperatura por encima del punto de ebullición normal. El agua no hierve inmediatamente, porque el peso de la columna de agua sobre la cisterna presuriza la cisterna y suprime la ebullición. Sin embargo, a medida que el agua sobrecalentada se expande, parte del agua emergerá a la superficie, reduciendo la presión en la cisterna. Esto permite que parte del agua de la cisterna se convierta en vapor, lo que hace que salga más agua de la fuente termal. Esto conduce a una condición de descontrol en la que una cantidad considerable de agua y vapor se expulsa a la fuerza de la fuente termal a medida que se vacía la cisterna. Luego, la cisterna se vuelve a llenar con agua más fría y el ciclo se repite. [24] [25]
Los géiseres requieren tanto una cisterna natural como una fuente abundante de agua más fría para rellenar la cisterna después de cada erupción del géiser. Si el suministro de agua es menos abundante, de modo que el agua se hierve tan rápido como puede acumularse y solo llega a la superficie en forma de vapor , el resultado es una fumarola . Si el agua se mezcla con barro y arcilla , el resultado es una olla de barro . [24] [26]
Un ejemplo de una primavera cálida no volcánica es Warm Springs, Georgia (frecuentada por sus efectos terapéuticos por el presidente parapléjico de los Estados Unidos, Franklin D. Roosevelt , quien construyó la Pequeña Casa Blanca allí). Aquí el agua subterránea se origina como lluvia y nieve ( agua meteórica ) que cae sobre las montañas cercanas, que penetra en una formación particular ( Hollis Quartzite ) a una profundidad de 3,000 pies (910 m) y es calentada por el gradiente geotérmico normal. [27]
Química
Debido a que el agua calentada puede contener más sólidos disueltos que el agua fría, el agua que sale de las fuentes termales a menudo tiene un contenido mineral muy alto , que contiene de todo, desde calcio hasta litio e incluso radio . [28] La química general de manantiales de agua caliente varía de cloruro alcalino de sulfato ácido de bicarbonato a rica en hierro , cada uno de los cuales define un elemento de extremo de una gama de posibles composiciones químicas de aguas termales. [29] [30]
Las fuentes termales de cloruro alcalino son alimentadas por fluidos hidrotermales que se forman cuando el agua subterránea que contiene sales de cloruro disuelto reacciona con rocas de silicato a alta temperatura. Estos manantiales tienen un pH casi neutro pero están saturados de sílice ( SiO
2). La solubilidad de la sílice depende en gran medida de la temperatura, por lo que al enfriarse, la sílice se deposita como geiserita , una forma de ópalo (ópalo-A: SiO
2·Nueva Hampshire
2O ). [31] Este proceso es lo suficientemente lento como para que la geiserita no se deposite inmediatamente alrededor del respiradero, sino que tiende a formar una plataforma baja y ancha a cierta distancia alrededor de la abertura del resorte. [32] [33] [34]
Las fuentes termales de sulfato ácido son alimentadas por fluidos hidrotermales ricos en sulfuro de hidrógeno ( H
2S ), que se oxida para formar ácido sulfúrico , H
2ENTONCES
4. [32] Por tanto, el pH de los fluidos se reduce a valores tan bajos como 0,8. [35] El ácido reacciona con la roca para transformarla en minerales arcillosos , minerales de óxido y un residuo de sílice. [30]
Las fuentes termales de bicarbonato son alimentadas por fluidos hidrotermales que se forman cuando el dióxido de carbono ( CO
2) y las aguas subterráneas reaccionan con las rocas carbonatadas . [32] Cuando los fluidos llegan a la superficie, el CO
2se pierde rápidamente y los minerales de carbonato se precipitan como travertino , por lo que las aguas termales de bicarbonato tienden a formar estructuras de alto relieve alrededor de sus aberturas. [30]
Los manantiales ricos en hierro se caracterizan por la presencia de comunidades microbianas que producen grumos de hierro oxidado a partir del hierro en los fluidos hidrotermales que alimentan el manantial. [36] [30]
Algunas fuentes termales producen fluidos cuya química es intermedia entre estos extremos. Por ejemplo, las fuentes termales mixtas de ácido-sulfato-cloruro son intermedias entre las fuentes de sulfato de ácido y de cloruro alcalino y pueden formarse mezclando sulfato de ácido y fluidos de cloruro alcalino. Depositan geiserita, pero en cantidades menores que los manantiales de cloruro alcalino. [32]
Caudales
Las aguas termales varían en caudal desde las más pequeñas "filtraciones" hasta verdaderos ríos de agua caliente. A veces hay suficiente presión para que el agua se dispare hacia arriba en un géiser o fuente .
Aguas termales de alto flujo
Hay muchas afirmaciones en la literatura sobre las tasas de flujo de las aguas termales. Hay muchos más manantiales no termales de alto caudal que manantiales geotérmicos. Los resortes con altos índices de flujo incluyen:
- El complejo de Dalhousie Springs en Australia tuvo un flujo total máximo de más de 23.000 litros / segundo en 1915, lo que le dio al manantial promedio en el complejo una producción de más de 325 litros / segundo. Esto se ha reducido ahora a un flujo total máximo de 17.370 litros / segundo, por lo que el resorte promedio tiene una producción máxima de aproximadamente 250 litros / segundo. [37]
- Las 2.850 aguas termales de Beppu en Japón son el complejo de aguas termales de mayor flujo en Japón. Juntas, las aguas termales de Beppu producen alrededor de 1.592 litros / segundo, o lo que corresponde a un caudal medio de aguas termales de 0,56 litros / segundo.
- Las 303 fuentes termales de Kokonoe en Japón producen 1.028 litros / segundo, lo que le da a la fuente termal promedio un flujo de 3.39 litros / segundo.
- La prefectura de Ōita tiene 4.762 aguas termales, con un caudal total de 4.437 litros / segundo, por lo que el caudal medio de las aguas termales es de 0,93 litros / segundo.
- La fuente termal de mayor caudal en Japón es la fuente termal Tamagawa en la prefectura de Akita , que tiene un caudal de 150 litros / segundo. Las aguas termales de Tamagawa alimentan un arroyo de 3 m (9,8 pies) de ancho con una temperatura de 98 ° C (208 ° F).
- Las fuentes termales más famosas de las Caldas Novas de Brasil ("Nuevas aguas termales" en portugués ) son explotadas por 86 pozos, de los cuales se bombean 333 litros / segundo durante 14 horas al día. Esto corresponde a un caudal medio máximo de 3,89 litros / segundo por pozo. [ cita requerida ]
- En Florida , hay 33 " manantiales de magnitud uno" reconocidos (que tienen un flujo superior a 2.800 L / s (99 pies cúbicos / s). Silver Springs, Florida tiene un flujo de más de 21.000 L / s (740 pies cúbicos / s). s).
- El cráter Excelsior Geyser en el Parque Nacional de Yellowstone rinde aproximadamente 4.000 galones estadounidenses / min (0,25 m 3 / s).
- Evans Plunge en Hot Springs, Dakota del Sur tiene un caudal de 5.000 galones estadounidenses / min (0,32 m 3 / s) de agua de manantial de 87 ° F (31 ° C). The Plunge, construido en 1890, es la piscina interior de agua caliente natural más grande del mundo.
- Las aguas termales de Saturnia , Italia con alrededor de 500 litros por segundo [38]
- Lava Hot Springs en Idaho tiene un caudal de 130 litros / segundo.
- Glenwood Springs en Colorado tiene un caudal de 143 litros / segundo.
- Elizabeth Springs en el oeste de Queensland , Australia, pudo haber tenido un flujo de 158 litros / segundo a fines del siglo XIX, pero ahora tiene un flujo de aproximadamente 5 litros / segundo.
- Deildartunguhver en Islandia tiene un caudal de 180 litros / segundo.
- Hay al menos tres fuentes termales en la región de Nage , a 8 km (5,0 millas) al suroeste de Bajawa en Indonesia, que en conjunto producen más de 453,6 litros / segundo.
- Hay otras tres grandes fuentes termales (Mengeruda, Wae Bana y Piga) a 18 km (11 millas) al noreste de Bajawa, Indonesia , que juntas producen más de 450 litros / segundo de agua caliente.
- En el Bosque Boreal de Yukon, a 25 minutos al noroeste de Whitehorse en el norte de Canadá, las aguas termales de Takhini fluyen desde el interior de la Tierra a 385 L / min (85 imp gal / min; 102 US gal / min) y 47 ° C (118 ° F) todo el año. [39]
Ecosistemas de aguas termales
Las aguas termales suelen albergar comunidades de microorganismos adaptados a la vida en agua caliente cargada de minerales. Estos incluyen termófilos , que son un tipo de extremófilo que prospera a altas temperaturas, entre 45 y 80 ° C (113 y 176 ° F). [40] Más lejos del respiradero, donde el agua ha tenido tiempo de enfriarse y precipitar parte de su carga mineral, las condiciones favorecen a los organismos adaptados a condiciones menos extremas. Esto produce una sucesión de comunidades microbianas a medida que uno se aleja del respiradero, que en algunos aspectos se asemeja a las etapas sucesivas en la evolución de la vida temprana. [41]
Por ejemplo, en una fuente termal de bicarbonato, la comunidad de organismos inmediatamente alrededor del respiradero está dominada por bacterias termófilas filamentosas , como Aquifex y otras Aquificales , que oxidan el sulfuro y el hidrógeno para obtener energía para sus procesos de vida. Más lejos del respiradero, donde la temperatura del agua ha caído por debajo de 60 ° C (140 ° F), la superficie está cubierta con esteras microbianas de 1 centímetro (0,39 pulgadas) de espesor que están dominadas por cianobacterias , como Spirulina , Oscillatoria y Synechococcus , [ 42] y bacterias verdes de azufre como Chloroflexus . Todos estos organismos son capaces de realizar la fotosíntesis , aunque las bacterias verdes del azufre producen azufre en lugar de oxígeno durante la fotosíntesis. Aún más lejos del respiradero, donde las temperaturas caen por debajo de los 45 ° C (113 ° F), las condiciones son favorables para una comunidad compleja de microorganismos que incluye Spirulina , Calothrix , diatomeas y otros eucariotas unicelulares e insectos y protozoos que pastan. A medida que las temperaturas bajan cerca de las de los alrededores, aparecen plantas más altas. [41]
Las fuentes termales de cloruro alcalino muestran una sucesión similar de comunidades de organismos, con varias bacterias termófilas y arqueas en las partes más calientes del respiradero. Las fuentes termales de sulfato ácido muestran una sucesión de microorganismos algo diferente, dominada por algas tolerantes al ácido (como miembros de Cyanidiophyceae ), hongos y diatomeas. [32] Las fuentes termales ricas en hierro contienen comunidades de organismos fotosintéticos que oxidan el hierro reducido ( ferroso ) a hierro oxidado ( férrico ). [43]
Las aguas termales son una fuente confiable de agua que proporciona un entorno químico rico. Esto incluye especies químicas reducidas que los microorganismos pueden oxidar como fuente de energía. En contraste con los " fumadores negros " (respiraderos hidrotermales en el fondo del océano), las aguas termales producen fluidos a temperaturas menos extremas y experimentan ciclos de humectación y secado que promueven la formación de moléculas orgánicas simples. Por estas razones, se ha planteado la hipótesis de que las fuentes termales pueden ser el lugar de origen de la vida en la Tierra. [41] [30]
Usos humanos
Los seres humanos han disfrutado de las aguas termales durante miles de años. [44] Se sabe que incluso los macacos , que son primates no humanos, han extendido su área de distribución en el norte de Japón mediante el uso de fuentes termales para protegerse del estrés por frío. [45] Los baños de aguas termales ( onsen ) se han utilizado en Japón durante al menos dos mil años, tradicionalmente para la limpieza y la relajación, pero cada vez más por su valor terapéutico. [46] En la época homérica de Grecia (ca. 1000 a. C.), los baños eran principalmente para la higiene, pero en la época de Hipócrates (aproximadamente 460 a. C.), las aguas termales tenían poder curativo. La popularidad de las aguas termales ha fluctuado a lo largo de los siglos desde entonces, pero ahora son populares en todo el mundo. [47]
Usos terapéuticos
Debido tanto al folclore como al valor médico que se atribuye a algunas fuentes termales, a menudo son destinos turísticos populares y lugares para clínicas de rehabilitación para personas con discapacidades . [48] [49] [50] Sin embargo, la base científica para el baño terapéutico en aguas termales es incierta. La terapia de baño caliente para el envenenamiento por plomo fue común y, según se informa, tuvo mucho éxito en los siglos XVIII y XIX, y puede haberse debido a la diuresis (aumento de la producción de orina) por sentarse en agua caliente, lo que aumentó la excreción de plomo; mejor alimentación y aislamiento de las fuentes de plomo; y aumento de la ingesta de calcio y hierro. En los estudios de terapia de spa se ha informado una mejora significativa en pacientes que padecen artritis reumatoide y espondilitis anquilosante , pero estos adolecen de problemas metodológicos, como la evidente impracticabilidad de los estudios controlados con placebo (en los que un paciente no sabe si está recibiendo terapia). Como resultado, la efectividad terapéutica de la terapia de aguas termales sigue siendo incierta. [47]
Precauciones
Las fuentes termales en áreas volcánicas a menudo se encuentran en el punto de ebullición o cerca de él . Las personas han sufrido quemaduras graves e incluso han muerto al entrar accidental o intencionalmente en estos manantiales. [51] [52] [53]
Algunas microbiotas de aguas termales son infecciosas para los humanos:
- Naegleria fowleri , una ameba excavada , vive en aguas cálidas sin sal en todo el mundo y causa una meningitis fatalsi los organismos ingresan por la nariz. [54] [55] [56]
- Acanthamoeba también se puede propagar a través de aguas termales, según los Centros para el Control de Enfermedades de EE. UU .: Los organismos ingresan a través de los ojos o por una herida abierta. [57]
- La bacteria Legionella se ha propagado a través de fuentes termales. [58] [59]
Etiqueta
Las costumbres y prácticas observadas difieren según la fuente termal. Es una práctica común que los bañistas deben lavarse antes de entrar al agua para no contaminar el agua (con / sin jabón). [60] En muchos países, como Japón, se requiere ingresar a las aguas termales sin ropa, incluido el traje de baño. A menudo hay diferentes instalaciones o horarios para hombres y mujeres, pero existen onsen mixtos . [61] En algunos países, si se trata de una fuente termal pública, se requiere traje de baño. [62] [63]
Ejemplos de
Hay aguas termales en muchos lugares y en todos los continentes del mundo. Los países que son reconocidos por sus aguas termales incluyen China , Costa Rica , Islandia , Irán , Japón , Nueva Zelanda , Brasil , Perú , Taiwán , Turquía y los Estados Unidos , pero también hay aguas termales en muchos otros lugares:
- Ampliamente reconocidas desde que un informe de un profesor de química en 1918 las clasificó como una de las aguas minerales más electrolíticas del mundo, las aguas termales de Río Hondo en el norte de Argentina se han convertido en las más visitadas del planeta. [64] El Cacheuta Spa es otra famosa fuente termal de Argentina.
- Los manantiales de Europa con las temperaturas más altas se encuentran en Francia, en un pequeño pueblo llamado Chaudes-Aigues . [ cita requerida ] Ubicadas en el corazón de la región volcánica francesa de Auvernia , las treinta fuentes termales naturales de Chaudes-Aigues tienen temperaturas que van desde los 45 ° C (113 ° F) a más de 80 ° C (176 ° F). El más caliente, el "Source du Par", tiene una temperatura de 82 ° C (180 ° F). Las aguas calientes que corren bajo el pueblo han proporcionado calor a las casas y a la iglesia desde el siglo XIV. Chaudes-Aigues (Cantal, Francia) es una ciudad balneario conocida desde el Imperio Romano por el tratamiento del reumatismo.
- Los acuíferos de carbonato en entornos tectónicos de antepaís pueden albergar importantes manantiales termales, aunque se encuentran en áreas que comúnmente no se caracterizan por altos valores regionales de flujo de calor. En estos casos, cuando los manantiales termales se encuentran cerca o a lo largo de las costas, los manantiales termales subaéreos y / o submarinos constituyen la salida de agua subterránea marina, fluyendo a través de fracturas localizadas y volúmenes de roca kárstica. Este es el caso de los manantiales que se encuentran a lo largo de la parte más al sureste de la región de Apulia (sur de Italia), donde pocas aguas cálidas y sulfurosas (22-33 ° C (72-91 ° F)) fluyen en cuevas parcialmente sumergidas ubicadas a lo largo del Adriático. costa, abasteciendo así los históricos balnearios de Santa Cesarea Terme. Estos manantiales son conocidos desde la antigüedad (Aristóteles en el siglo III a. C.) y las características físico-químicas de sus aguas termales resultaron estar parcialmente influenciadas por las variaciones del nivel del mar. [sesenta y cinco]
- Uno de los reservorios potenciales de energía geotérmica en India son los manantiales termales Tattapani de Madhya Pradesh. [66] [67]
- Se cree que los depósitos ricos en sílice que se encuentran en Nili Patera , la caldera volcánica en Syrtis Major , Marte , son los restos de un sistema extinto de aguas termales. [68]
Ver también
- Hotspot (geología)
- Respiraderos hidrotermales
- Formas de vida más antiguas conocidas
- Lista de ciudades balneario
- Manantial mineral
- Valle de los géiseres
Referencias
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Otras lecturas
- Marjorie Gersh-Young (2011). Aguas termales y piscinas termales del suroeste: Guía original de Jayson Loam . Acceso termal acuático. ISBN 978-1-890880-07-1.
- Marjorie Gersh-Young (2008). Aguas termales y piscinas termales del noroeste . Acceso termal acuático. ISBN 978-1-890880-08-8.
- G. J Woodsworth (1999). Aguas termales del oeste de Canadá: una guía completa . West Vancouver: Gordon Soules. ISBN 978-0-919574-03-8.
- Clay Thompson (2003). "Tonopah: es agua debajo de los arbustos". República de Arizona . pag. B12.
enlaces externos
- Lista de fuentes termales para los Estados Unidos - 1,661 fuentes termales
- "Recursos geotérmicos de la gran cuenca artesiana, Australia" (PDF) . Boletín GHC . 23 (2). Junio de 2002.
- Un artículo académico con un mapa de más de 20 áreas geotérmicas en Uganda
- Lista de 100 fuentes termales y piscinas termales en Nueva Zelanda
- Lista de aguas termales en todo el mundo