Thar she blows: le quoi, le pourquoi et le où des geysers

Si vous êtes allé au Parc National de Yellowstone, vous avez sûrement vu l’un des geysers les plus célèbres du monde. Environ toutes les heures à une heure et demie, Old Faithful tire un panache imposant d’eau chaude et de vapeur dans l’air. Des foules de touristes chargés de caméras pullulent à une distance de sécurité-l’eau peut être un cloquage 200 degrés Fahrenheit (environ 95 degrés Celsius) et la vapeur plus de 350 degrés F (175 degrés C).

Les scientifiques aussi ont afflué vers Old Faithful., Ses explosions fiables fournissent un laboratoire naturel pour étudier comment l’eau bouillante jaillit du sol et dans l’air. Dans un mémoire publié dans le 2017 Annual Review of Earth and Planetary Sciences, La géophysicienne Susan Kieffer se souvient comment une photographie D’Ansel Adams de Old Faithful l’a inspirée à emballer son fils de 9 ans dans un camping-car Volkswagen et à partir pour Yellowstone en 1976. En un mois de tournage de Old Faithful, elle a préparé le terrain pour la compréhension moderne de la façon dont l’eau chauffée et la vapeur, interagissant dans des chambres souterraines, alimentent les éruptions du geyser.,

Aujourd’hui, les chercheurs ont étudié non seulement les geysers de Yellowstone — qui représentent environ la moitié du total mondial — mais des centaines d’autres à travers le monde. Ils comprennent des groupes de geysers dans des endroits tels que L’Islande, La Vallée des Geysers en Russie et L’Île du Nord De La Nouvelle-Zélande. Les scientifiques ont déversé du colorant coloré dans la gorge des geysers pour voir combien de temps il faut à la couleur pour se dégager, et parsemé le sol voisin de sismomètres pour écouter les grondements souterrains avant chaque explosion.,

de telles études révèlent maintenant la physique complexe derrière les geysers, écrivent deux géoscientifiques dans le 2017 Annual Review of Earth and Planetary Sciences.

Il faut une combinaison rare de cavités souterraines et de sources chaudes, alimentées par l’énergie géothermique, pour créer ces superbes fontaines naturelles, disent Shaul Hurwitz de L’US Geological Survey à Menlo Park, en Californie, et Michael Manga de L’Université de Californie à Berkeley., Voici un aperçu de ce qui motive ces éruptions rares et fascinantes, et ce que les chercheurs apprennent sur les raisons pour lesquelles les éruptions se terminent, changent de calendrier et disparaissent parfois complètement. Les Geysers pourraient également fournir des indices sur la taille et le fonctionnement dangereux des volcans — et même nous parler des processus planétaires sur d’autres mondes.

qu’est Ce qu’un geyser?

un geyser est une source chaude qui, de temps en temps, fait éclater une combinaison d’eau turbulente et de vapeur. Cela signifie que les geysers nécessitent un réapprovisionnement constant en chaleur et en eau., Ainsi, la plupart se trouvent dans des zones volcaniquement actives, qui fournissent de la chaleur par le bas, et dans des endroits avec beaucoup de pluie ou de chutes de neige pour fournir l’eau. De nombreux geysers apparaissent dans des groupes connus sous le nom de champs de geyser, où l’Éruption d’un geyser particulier peut affecter le comportement des geysers voisins — les rendant plus erratiques, par exemple, ou moins fréquents.

les Geysers nécessitent également des cavités souterraines où l’eau, la vapeur et la pression peuvent s’accumuler. Sans de tels vides, l’eau s’engouffrerait tout simplement tranquillement et de manière constante dans une source chaude., Les vides enterrés permettent au fluide et au gaz de s’accumuler au fil du temps, établissant l’interaction complexe entre la pression et la température qui se traduit par une décharge soudaine et turbulente.

La plupart des geysers atteignent des hauteurs de quelques pieds à des dizaines de pieds. Le geyser Steamboat de Yellowstone — le plus grand au monde-entre régulièrement en éruption à une hauteur d’environ 375 pieds.

Qu’est-ce qui fait qu’un geyser entre en éruption?

l’eau percolant par le haut est réchauffée par la chaleur géothermique par le bas, formant de la vapeur sous pression dans une cavité souterraine., La haute pression provoque la surchauffe de l’eau au-dessus de son point d’ébullition habituel de 212 degrés F (100 degrés C). Lorsque l’eau a une chance de se dilater, par exemple en s’échappant de l’ouverture du geyser, la pression chute immédiatement, permettant à l’eau superhot de bouillir. Presque immédiatement, l’eau profonde se transforme en vapeur, qui se dilate rapidement et violemment et pousse tout le mélange eau-vapeur dans l’air sous forme d’Éruption.,

le chimiste allemand Robert Bunsen (de renommée Bunsen-burner) a découvert cette relation entre la pression et les points d’ébullition en 1846 après avoir posé un thermomètre sur Geysir, le geyser du Sud de l’Islande d’où le phénomène tire son nom, signifiant « bec verseur” ou « se précipiter. »

Depuis lors, les scientifiques ont mené d’autres expériences, telles que mettre du colorant dans Old Faithful pour retracer combien de temps la couleur durerait à travers une série d’éruptions., Ce travail, en 1963, a montré qu’il a fallu plus de 24 éruptions pour que le geyser se dégage, suggérant que la cavité souterraine D’Old Faithful contenait beaucoup plus de liquide que la quantité éjectée lors de chaque explosion.

dans des recherches plus récentes, Manga et ses collègues ont travaillé dans un champ de geyser au Chili connu sous le nom D’El Tatio, à environ 14 000 pieds de haut dans le désert D’Atacama. À de telles altitudes, l’eau bout à une température plus basse, il faut donc moins de chaleur géothermique pour produire un geyser., Les touristes arrivent à l’aube pour regarder les panaches de vapeur vaporeux se condenser dans l’air glacial et, quand ils sont chanceux, une éruption spectaculaire sur le fond montagneux.

L’équipe de Manga a installé des instruments pour mesurer la pression et la température à différentes profondeurs dans le champ de geyser, ainsi que l’activité sismique et le déplacement du sol. « Nous pouvons confirmer que Bunsen idées sont correctes — que les éruptions commencent lorsque l’ébullition commence au sommet de la colonne d’eau,” dit-Manga. « Et nous pouvons également répondre à des questions comme pourquoi ne éruptions fin? »La réponse, son groupe a trouvé au cours des deux dernières années, est que les geysers se terminent lorsqu’ils sont à court de vapeur provenant de plus grandes profondeurs.,

l’exploration géothermique a tué de nombreux champs de geyser dans des endroits comme le Nevada et la Nouvelle-Zélande. En puisant dans les sources souterraines de chaleur-principalement de la désintégration radioactive des éléments dans la croûte de la planète — pour extraire l’énergie, les entreprises ont éliminé la chaleur qui alimentait les geysers là-bas.

pourquoi le comportement du geyser est-il si difficile à prédire?

certains geysers sont aussi réguliers que des horloges, alors que d’autres sont erratiques. La clé pour prédire les éruptions est de regarder un geyser pendant très longtemps., À Yellowstone, les rangers du parc et les amateurs ont rassemblé des enregistrements à Old Faithful et ailleurs remontant à des décennies.

Au Moins scruté El Tatio, L’équipe de Manga a étudié un grand geyser appelé El Jefe. En 2012, il a éclaté en moyenne toutes les 132 secondes au cours de la semaine où les chercheurs étaient là. En 2014, lorsque les scientifiques sont revenus, il éclatait en moyenne toutes les 105 secondes. Aujourd’hui, elle est complètement morte.

les Geysers sont éphémères. Au fil du temps, les geysers peuvent changer d’activité en raison de la façon dont la chaleur et l’eau traversent le sol., L’eau transporte généralement des minéraux riches en silice, qui précipitent sur le sol sous forme de monticules lisses ou de terrasses autour du point d’Éruption. Ces minéraux peuvent également gonfler les conduits souterrains à travers lesquels l’eau coule, provoquant la fermeture de certains geysers et le rajeunissement d’autres.

La météo peut modifier le fonctionnement d’un geyser. Certains, comme le geyser Daisy de Yellowstone, sont couverts par de grandes piscines d’eau; par temps froid et pluvieux, il faut plus de temps pour que l’eau de surface atteigne l’ébullition et que le geyser entre en éruption., Le vent peut également modifier la fréquence des éruptions, car les vents forts refroidissent les eaux de surface et retardent les éruptions.

Les tremblements de terre peuvent également modifier la fréquence des éruptions de geyser, même de très loin. En 2002, une magnitude-7.,9 tremblement de terre en Alaska a changé le comportement de certains des geysers de Yellowstone, plus de 1,900 miles. Quelques heures après le séisme, plusieurs petites sources chaudes ont fait irruption dans de nouvelles fontaines temporaires, tandis que d’autres geysers plus établis ont commencé à éclater plus ou moins souvent. « Vraisemblablement, le passage des ondes sismiques a changé les voies par lesquelles les fluides se déplaçaient”, explique Manga. « Des choses drôles peuvent arriver sur la Terre.”

les geysers sont-ils des volcans?

Non. Les Geysers font éclater l’eau et la vapeur plutôt que la roche et les cendres qui sortent d’un volcan., Les Geysers sont également physiquement beaucoup plus petits que les volcans et entrent en éruption plus fréquemment. Pourtant, de nombreux processus sont similaires, et les mesures des geysers peuvent aider les scientifiques à comprendre certains aspects des volcans, dit Manga. Par exemple, étudier la taille d’une cavité souterraine avant la formation d’un geyser pourrait aider à éclairer la relation entre les chambres de magma souterraines et les éruptions volcaniques.

Cela fait des geysers de petits laboratoires naturels pour explorer les processus éruptifs, comme ceux des volcans., Les sismologues ont suivi de minuscules grondements dans le sol qui émanent de geysers avant qu’ils ne se lâchent dans une explosion. Les secousses proviennent probablement de bulles qui se développent rapidement et s’effondrent dans le réservoir souterrain. Ces dernières années, les scientifiques ont documenté de petits grondements sismiques qu’ils appellent « preplay », ce qui indique souvent qu’une éruption plus importante est en route. Le pré-jeu prépare apparemment le geyser à souffler., Il n’y a pas de préparation similaire aux volcans, mais comprendre les signes qui surviennent avant l’Éruption d’un geyser pourrait aider les chercheurs à réfléchir de manière plus créative à ce qu’il faut rechercher sur les volcans.

y a-t-il des geysers sur des mondes au-delà de la Terre?

Oui. La lune de Neptune Triton et la lune de Saturne Encelade éclatent parfois des mélanges de solides et de gaz de leurs surfaces glacées. Sur Triton, la source d’énergie semble être la lumière du soleil tombant sur la surface et la chauffant par le haut, formant des jets éventuellement constitués d’azote., Sur Encelade, les marées causées par L’attraction gravitationnelle de Saturne provoquent la flexion de la coquille de glace externe, formant des failles. Les scientifiques planétaires pensent que la matière pulvérisée dans L’espace à partir D’Encelade provient d’un océan enfoui, de sorte que toutes les futures sondes pourraient voler directement à travers l’un de ces geysers, détectant les signes chimiques de la vie au plus profond de la Lune.

ce qui fait des geysers non seulement une merveille touristique sur Terre, mais un moyen possible d’explorer la vie sur d’autres mondes lointains.