thesis

Dynamics and heat fluxes of the lucky strike hydrothermal field (mid-atlantic Ridge, 37°15'N)

Defense date:

Jan. 1, 2013

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Institution:

Paris 7

Disciplines:

Directors:

Abstract EN:

In this thesis, I investigate the nature, space-time variability, distribution and associated heat flux of hydrothermal activity at the Lucky Strike hydrothermal field (Mid-Atlantic Ridge, 37°17'N). As part of the MoMAR experiment to monitor hydrothermal activity, we used an ROV to acquired photomosaics of the seafloor and to deploy temperature sensors at black smoker, cracks, and diffuse hydrothermal outflows. Seafloor imagery provides detailed and accurate constrain on the distribution, geometry, and nature of hydrothermal outflow. Repeated surveys allow us to evaluate the temporal variability of these systems. Temperature records show two main temporal patterns: (1) episodic variability with rapid temperature changes, and (2) systematic variability at tidal periods. Cross-spectral methods applied to the temperature and bottom pressure records reveal robust phase relationships, particularly for the high-temperature records, as predicted by poroelastic theory. These results demonstrate the tidal pressures diffusely propagate through the porous matrix hosting sub-surface flow, which results in phase lags between the surface pressure and the fluid discharge temperature. We use th,is observation to constrain hydrologie parameters of the sub-surface circulation system at the Lucky Strike field. Finally, I also investigated in the laboratory the nature of flow associated with a heat source comparable to a crack. Temperature gradients between the heat source and the ambient seawater modulate the frequency and ascent velocity of thermals forming above the cracks, a dependency that may be applied in the future to calculate heat fluxes from video imagery acquired in the field.

Abstract FR:

Dans cette thèse, j'étudie la nature, la variabilité spatio-temporelle, la distribution, et le flux de chaleur de l'activité hydrothermale à Lucky Strike (dorsale médio-Atlantique, 37°17'N). Dans Ie cadre du projet MoMAR de surveillance de l'activité hydrothermale, nous avons acquis des photomosaïques du plancher océanique et installé des sondes de température dans les fumeurs noirs, fractures et sorties hydrothermales diffuses. L'imagerie nous permet d'obtenir des informations sur la distribution, la géométrie et la nature des sorties hydrothermales. Les enregistrements de température montrent deux types de variabilité : (1) une variabilité épisodique, et (2) une variabilité périodique liée aux marées. Les analyses spectrales, appliquées aux enregistrements de température et pression, ont révélé des corrélations et phase robustes, en particulier pour les enregistrements de haute température. Ces résultats traduisent le fait que les pressions de marées se propagent à travers la matrix poreuse, ce qui résulte en un retard de phase entre les signaux de pression et de température. On utilise cette observation pour contraindre les paramètres hydrologiques du système de circulation de sub¬surface du champ de Lucky Strike. Enfin, j'ai aussi étudié en laboratoire la nature de l'écoulement associée à une source de chaleur linéaire, comparable à une fracture. Les gradients de température entre la source de chaleur et l'eau de mer influent sur la fréquence et la vitesse des « thermals » qui se forment au dessus de la fracture. Ces relations pourraient être appliquées pour calculer des flux de chaleur à partir d'images vidéo prises sur le terrain.