Thar she blows: Cosa, perché e dove dei geyser

Se sei stato al Parco Nazionale di Yellowstone, hai sicuramente visto uno dei geyser più famosi del mondo. Circa ogni ora a un’ora e mezza, il Vecchio Fedele spara un pennacchio torreggiante di acqua calda e vapore nell’aria. Folle di turisti fotocamera carichi sciamano a distanza di sicurezza-l’acqua può essere una vesciche 200 gradi Fahrenheit (circa 95 gradi Celsius) e il vapore più di 350 gradi F (175 gradi C).

Anche gli scienziati sono accorsi a Vecchi Fedeli., Le sue esplosioni affidabili forniscono un laboratorio naturale per studiare come l’acqua bollente getti fuori dal terreno e nell’aria. In un libro di memorie nel 2017 Annual Review of Earth and Planetary Sciences, la geofisica Susan Kieffer ricorda come una fotografia di Ansel Adams di Old Faithful l’abbia ispirata a confezionare il figlio di 9 anni in un camper Volkswagen e partì per Yellowstone nel 1976. In un mese di riprese di Old Faithful, ha preparato il terreno per la moderna comprensione di come l’acqua e il vapore riscaldati, interagendo nelle camere sotterranee, alimentano le eruzioni del geyser.,

Oggi, i ricercatori hanno studiato non solo i geyser di Yellowstone — che rappresentano circa la metà del totale mondiale-ma centinaia di altri in tutto il mondo. Includono raggruppamenti di geyser in luoghi come l’Islanda, la Valle dei Geyser della Russia e l’Isola del Nord della Nuova Zelanda. Gli scienziati hanno scaricato colorante colorato giù per la gola dei geyser per vedere quanto tempo ci vuole il colore per cancellare, e pepato il terreno vicino con sismometri per ascoltare brontolii sotterranei prima di ogni esplosione.,

Tali studi stanno ora rivelando la complessa fisica alla base dei geyser, scrivono due geoscienziati nell’Annual Review of Earth and Planetary Sciences del 2017.

Ci vuole una rara combinazione di cavità sotterranee e sorgenti termali, alimentate da energia geotermica, per creare queste splendide fontane naturali, dicono Shaul Hurwitz del US Geological Survey a Menlo Park, California, e Michael Manga della University of California, Berkeley., Ecco uno sguardo a ciò che spinge queste eruzioni rare e affascinanti, e ciò che i ricercatori stanno imparando sul perché le eruzioni finiscono, cambiano i loro tempi e talvolta scompaiono del tutto. Geyser potrebbe anche fornire indizi su come grandi, vulcani pericolosi operano-e anche dirci i processi planetari su altri mondi.

Che cos’è un geyser?

Un geyser è qualsiasi sorgente calda che occasionalmente erutta una combinazione di acqua turbolenta e vapore. Ciò significa che i geyser richiedono un rifornimento costante di calore e acqua., Quindi la maggior parte si trova in aree vulcanicamente attive, che forniscono calore dal basso, e in luoghi con molta pioggia o nevicate per fornire l’acqua. Molti geyser appaiono in gruppi noti come geyser fields, dove l’eruzione di un particolare geyser può influenzare il comportamento di quelli vicini — rendendoli più irregolari, per esempio, o meno frequenti.

I geyser richiedono anche cavità sotterranee in cui acqua, vapore e pressione possono accumularsi. Senza tali vuoti, l’acqua sarebbe semplicemente burble tranquillamente e costantemente in una sorgente calda., I vuoti interrati permettono al fluido e al gas di accumularsi nel tempo, creando la complessa interazione tra pressione e temperatura che si traduce in una scarica improvvisa e turbolenta.

La maggior parte dei geyser raggiunge altezze di pochi piedi a decine di piedi. Il geyser Steamboat di Yellowstone — il più grande del mondo — erutta regolarmente ad un’altezza di circa 375 piedi.

Cosa fa scoppiare un geyser?

L’acqua che percola dall’alto viene riscaldata dal calore geotermico dal basso, formando vapore pressurizzato in una cavità sotterranea., L’alta pressione fa surriscaldare l’acqua al di sopra del suo solito punto di ebollizione di 212 gradi F (100 gradi C). Quando l’acqua ha la possibilità di espandersi, ad esempio fuoriuscendo dall’apertura del geyser, la pressione diminuisce immediatamente, consentendo all’acqua superhot di bollire. Quasi immediatamente l’acqua profonda si trasforma in vapore, che si espande rapidamente e violentemente e spinge l’intera miscela acqua-vapore nell’aria come un’eruzione.,

Il chimico tedesco Robert Bunsen (di fama Bunsen-burner) scoprì questa relazione tra pressione e punti di ebollizione nel 1846 dopo aver messo un termometro giù Geysir, il geyser nel sud dell’Islanda da cui il fenomeno prende il nome, che significa “beccuccio” o “precipitarsi.”

Da allora, gli scienziati hanno condotto altri esperimenti, come mettere colorante in Old Faithful per tracciare quanto tempo il colore sarebbe durato attraverso una serie di eruzioni., Quel lavoro, nel 1963, mostrò che ci vollero più di 24 eruzioni perché il geyser si schiarisse, suggerendo che la cavità sotterranea di Old Faithful conteneva molto più fluido della quantità espulsa in ogni esplosione.

In ricerche più recenti, Manga e i suoi colleghi hanno lavorato in un campo di geyser in Cile noto come El Tatio, alto circa 14.000 piedi nel deserto di Atacama. A quote così elevate, l’acqua bolle a una temperatura più bassa, quindi ci vuole meno calore geotermico per produrre un geyser., I turisti arrivano all’alba per osservare i pennacchi di vapore esili che si condensano nell’aria gelida e, quando sono fortunati, una spettacolare eruzione sullo sfondo montuoso.

Il team di Manga ha installato strumenti per misurare pressione e temperatura a diverse profondità nel campo del geyser, nonché attività sismica e spostamento del terreno. ” Possiamo confermare che le idee di Bunsen sono corrette — che le eruzioni iniziano quando l’ebollizione inizia nella parte superiore della colonna d’acqua”, dice Manga. “E possiamo anche rispondere a domande come, perché le eruzioni finiscono?”La risposta, il suo gruppo ha trovato negli ultimi due anni, è che i geyser finiscono quando finiscono il vapore che proviene da profondità maggiori.,

L’esplorazione geotermica ha ucciso molti campi di geyser in luoghi come il Nevada e la Nuova Zelanda. Attingendo a fonti sotterranee di calore-principalmente dal decadimento radioattivo di elementi nella crosta del pianeta-per estrarre energia, le aziende hanno rimosso il calore che alimentava i geyser lì.

Perché il comportamento dei geyser è così difficile da prevedere?

Alcuni geyser sono regolari come un orologio, mentre altri sono irregolari. La chiave per prevedere le eruzioni è guardare un geyser per un tempo molto lungo., A Yellowstone, ranger del parco e dilettanti hanno raccolto record a Old Faithful e altrove che si estende indietro di decenni.

Al meno scrutato El Tatio, la squadra di Manga ha studiato un grande geyser chiamato El Jefe. Nel 2012 è scoppiata in media ogni 132 secondi nel corso della settimana i ricercatori erano lì. Nel 2014, quando gli scienziati sono tornati, stava eruttando una media di ogni 105 secondi. Oggi è completamente morto.

I geyser sono effimeri. Nel tempo, i geyser possono cambiare la loro attività a causa del modo in cui il calore e l’acqua scorrono attraverso il terreno., L’acqua di solito trasporta minerali ricchi di silice, che precipitano sul terreno come tumuli chiazza di petrolio o terrazze intorno al punto di eruzione. Questi minerali possono anche prosciugare i condotti sotterranei attraverso i quali scorre l’acqua, causando alcuni geyser a chiudere e altri a ringiovanire.

Il tempo potrebbe modificare l’orologio di un geyser. Alcuni, come il Geyser Daisy di Yellowstone, sono coperti da grandi pozze d’acqua; in tempo freddo e piovoso ci vuole più tempo perché l’acqua superficiale raggiunga l’ebollizione e il geyser erutti., Il vento può anche cambiare la frequenza dell’eruzione, poiché i forti venti raffreddano le acque superficiali e ritardano le eruzioni.

I terremoti possono anche cambiare la frequenza delle eruzioni del geyser, anche da molto lontano. Nel 2002, una magnitudine-7.,9 terremoto in Alaska ha cambiato il comportamento di alcuni dei geyser Yellowstone, più di 1.900 miglia di distanza. Poche ore dopo il terremoto, diverse piccole sorgenti termali scoppiarono in fontane temporanee nuove di zecca, mentre altri geyser più affermati iniziarono a eruttare più o meno spesso. “Presumibilmente il passaggio delle onde sismiche ha cambiato i percorsi attraverso i quali i fluidi si muovevano”, dice Manga. “Cose divertenti possono accadere nella Terra.”

I geyser sono vulcani?

N. I geyser eruttano acqua e vapore piuttosto che la roccia e la cenere che esce da un vulcano., I geyser sono anche fisicamente molto più piccoli dei vulcani e eruttano più frequentemente. Eppure, molti dei processi sono simili, e le misurazioni di geyser possono aiutare gli scienziati a capire alcuni aspetti dei vulcani, Manga dice. Ad esempio, studiare quanto deve essere grande una cavità sotterranea prima che si formi un geyser potrebbe aiutare a illuminare la relazione tra camere magmatiche sotterranee ed eruzioni vulcaniche.

Che rende i geyser piccoli laboratori naturali per esplorare i processi eruttivi, come quelli dei vulcani., I sismologi hanno rintracciato piccoli brontolii nel terreno che emanano dai geyser prima che si scatenino in un’esplosione. I tremori probabilmente provengono da bolle che crescono rapidamente e collassano all’interno del serbatoio sotterraneo. Negli ultimi anni, gli scienziati hanno documentato piccoli rumori sismici che chiamano “preplay”, che spesso indicano che un’eruzione più grande è in arrivo. La preparazione a quanto pare innesca il geyser a soffiare., Non esiste una preparazione simile ai vulcani, ma comprendere i segni che si presentano prima che un geyser erutti potrebbe aiutare i ricercatori a pensare in modo più creativo a cosa cercare nei vulcani.

Ci sono geyser sui mondi oltre la Terra?

Sì. La luna di Nettuno Tritone e la luna di Saturno Encelado occasionalmente eruttano miscele di solidi e gas dalle loro superfici ghiacciate. Su Tritone, la fonte di energia sembra essere la luce solare che cade sulla superficie e la riscalda dall’alto, formando getti possibilmente fatti di azoto., Su Encelado, le maree causate dall’attrazione gravitazionale di Saturno causano la flessione del guscio di ghiaccio esterno, formando spaccature. Gli scienziati planetari pensano che il materiale spruzzato nello spazio da Encelado provenga da un oceano sepolto, quindi qualsiasi sonde future potrebbe essere in grado di volare direttamente attraverso uno di questi geyser, assaggiando segni chimici di vita dal profondo della luna.

Che rende i geyser non solo una meraviglia turistica sulla Terra, ma un possibile modo per esplorare la vita su altri mondi lontani.