Thar she blows: het wat, waarom en waar van geisers

als je in Yellowstone National Park bent geweest, heb je zeker een van ‘ s werelds beroemdste geisers gezien. Ongeveer elk uur tot anderhalf uur, oude trouwe schiet een torenhoge pluim van heet water en stoom in de lucht. Drukte van camera-beladen toeristen zwermen op een veilige afstand-het water kan een blaarvorming 200 graden Fahrenheit (ongeveer 95 graden Celsius) en de stoom meer dan 350 graden F (175 graden C).

wetenschappers, ook, stroomden naar oude gelovigen., De betrouwbare ontploffing biedt een natuurlijk laboratorium voor het bestuderen van hoe kokend water uit de grond en in de lucht straalt. In een memoires in de 2017 Annual Review of Earth and Planetary Sciences herinnert geofysicus Susan Kieffer aan hoe een foto van Ansel Adams van Old Faithful haar inspireerde om haar 9-jarige zoon in een Volkswagen camper te stoppen en in 1976 naar Yellowstone te vertrekken. In een maand van het filmen van Old Faithful, zette ze het podium voor het moderne begrip van hoe verwarmd water en stoom, interactie in ondergrondse kamers, de kracht van de geiser uitbarstingen.,

vandaag hebben onderzoekers niet alleen Yellowstone ‘ s geisers — die goed zijn voor ongeveer de helft van het totaal van de wereld — maar honderden anderen over de hele wereld bestudeerd. Ze omvatten groepen van geisers in plaatsen als Ijsland, Rusland ’s Vallei van de geisers en Nieuw-Zeeland’ s Noordereiland. Wetenschappers hebben gekleurde kleurstof in de keel van geisers gedumpt om te zien hoe lang het duurt om de kleur te wissen, en hebben de nabijgelegen grond bepeperd met seismometers om te luisteren naar ondergronds gerommel voor elke ontploffing.,

dergelijke studies onthullen nu de complexe fysica achter geisers, schrijven twee geoscientisten in de 2017 Annual Review of Earth and Planetary Sciences.er is een zeldzame combinatie nodig van ondergrondse holtes en warmwaterbronnen, aangedreven door geothermische energie, om deze prachtige natuurlijke fonteinen te creëren, zeggen Shaul Hurwitz van de US Geological Survey in Menlo Park, Californië, en Michael Manga van de Universiteit van Californië, Berkeley., Hier is een blik op wat deze zeldzame, fascinerende uitbarstingen drijft, en wat onderzoekers leren over waarom uitbarstingen eindigen, hun timing veranderen en soms helemaal verdwijnen. Geisers kunnen ook aanwijzingen geven over hoe grote, gevaarlijke vulkanen werken en ons zelfs vertellen over de planetaire processen op andere werelden.

Wat is een geiser?

een geiser is een hete bron die af en toe een combinatie van turbulent water en stoom uitbarst. Dat betekent dat geisers constante aanvulling van zowel warmte en water nodig hebben., De meeste komen voor in vulkanisch actieve gebieden, die van onderaf warmte leveren, en op plaatsen waar veel regen of sneeuw valt om het water te voorzien. Veel geisers verschijnen in groepen die bekend staan als geiservelden, waar de uitbarsting van een bepaalde geiser het gedrag van nabijgelegen geisers kan beïnvloeden — waardoor ze meer grillig, bijvoorbeeld, of minder frequent.

geisers hebben ook ondergrondse holtes nodig waar water, stoom en druk zich kunnen ophopen. Zonder dergelijke holtes zou het water gewoon rustig en consequent opborrelen in een hete bron., De begraven holtes laten vloeistof en gas zich in de loop van de tijd opbouwen, waardoor het complexe samenspel tussen druk en temperatuur ontstaat dat resulteert in een plotselinge, turbulente ontlading.

De meeste geisers bereiken een hoogte van enkele meters tot tientallen meters. Yellowstone ‘ s Steamboat geyser — de grootste ter wereld — barst regelmatig uit tot een hoogte van ongeveer 375 voet.

Wat doet een geiser uitbarsten?

Water dat van boven naar beneden sijpelt wordt verwarmd door geothermische warmte van onderen, waardoor in een ondergrondse holte onder druk stoom ontstaat., De hoge druk zorgt ervoor dat het water oververhit raakt boven het gebruikelijke kookpunt van 212 graden F (100 graden C). Wanneer het water de kans krijgt om uit te zetten, bijvoorbeeld door uit de geiseropening te lekken, daalt de druk onmiddellijk, waardoor het superhote water kookt. Bijna onmiddellijk verandert het diepe water in stoom, die snel en heftig uitdijt en het hele water-stoommengsel als een uitbarsting in de lucht duwt.,de Duitse chemicus Robert Bunsen (bekend van Bunsen-burner) ontdekte dit verband tussen druk en kookpunten in 1846 na het neerzetten van een thermometer in Geysir, de geiser in het zuiden van IJsland waar het fenomeen zijn naam aan ontleent, wat “uitspoelen” of “voortspringen” betekent.”

sindsdien hebben wetenschappers andere experimenten uitgevoerd, zoals het aanbrengen van kleurstof in Old Faithful om na te gaan hoe lang de kleur zou duren door een reeks uitbarstingen., Dat werk, in 1963, toonde aan dat er meer dan 24 uitbarstingen nodig waren om de geiser te zuiveren, wat suggereert dat de ondergrondse holte van Old Faithful veel meer vocht bevatte dan de hoeveelheid die in elke explosie werd uitgestoten.in recenter onderzoek hebben Manga en zijn collega ‘ s gewerkt op een geiserveld in Chili, bekend als El Tatio, ongeveer 14.000 voet hoog in de Atacamawoestijn. Op zulke hoge hoogtes kookt water op een lagere temperatuur, dus er is minder geothermische warmte nodig om een geiser te produceren., Toeristen komen bij dageraad om te kijken naar de wispy stoompluimen condenseren in de koude lucht en, als ze geluk hebben, een spectaculaire uitbarsting tegen de bergachtige achtergrond.

Het team van Manga installeerde instrumenten om druk en temperatuur op verschillende dieptes in het geiserveld te meten, evenals seismische activiteit en grondverschuiving. “We kunnen bevestigen dat Bunsen’ s ideeën correct zijn — dat uitbarstingen beginnen wanneer het koken begint aan de bovenkant van de waterkolom, ” zegt Manga. “En we kunnen ook vragen beantwoorden als: waarom stoppen erupties?”Het antwoord, vond zijn groep in de afgelopen paar jaar, is dat geisers eindigen wanneer ze opraken van stoom die afkomstig is uit grotere diepten.,

geothermische exploratie heeft vele geiservelden gedood in plaatsen als Nevada en Nieuw-Zeeland. Door ondergrondse warmtebronnen aan te boren — meestal van radioactief verval van elementen in de aardkorst — om energie te onttrekken, hebben bedrijven de warmte verwijderd die geisers daar van brandstof voorzag.

Waarom is geiser gedrag zo moeilijk te voorspellen?

sommige geisers zijn zo regelmatig als een uurwerk, terwijl andere grillig zijn. De sleutel tot het voorspellen van uitbarstingen is om een geiser voor een zeer lange tijd te bekijken., In Yellowstone hebben parkwachters en amateurs al tientallen jaren platen verzameld bij Old Faithful en elders.bij het minder nauwkeurig onderzochte El Tatio bestudeerde Manga ‘ s team een grote geiser genaamd El Jefe. In 2012 barstte het gemiddeld elke 132 seconden in de week dat de onderzoekers er waren. In 2014, toen de wetenschappers terugkeerden, barstte het gemiddeld elke 105 seconden uit. Vandaag is het volledig dood.

geisers zijn kortstondig. Na verloop van tijd kunnen geisers hun activiteit veranderen door de manier waarop warmte en water door de grond stromen., Het water draagt meestal silica-rijke mineralen, die neerslaan op de grond als gladde heuvels of terrassen rond het eruptiepunt. Deze mineralen kunnen ook de ondergrondse leidingen waar het water doorheen stroomt, waardoor sommige geisers uit te schakelen en anderen te verjongen.

Weather kan het uurwerk van een geiser aanpassen. Sommige, zoals Yellowstone ‘ s Daisy geiser, zijn bedekt met grote poelen van water; bij koud, regenachtig weer duurt het langer voordat het oppervlaktewater kookt en de geiser uitbarst., Wind kan ook de eruptiefrequentie veranderen, omdat sterke winden het oppervlaktewater koelen en uitbarstingen vertragen.

aardbevingen kunnen ook de frequentie van geiser-erupties veranderen, zelfs van veraf. In 2002, een magnitude-7.,9 aardbeving in Alaska veranderde het gedrag van sommige Yellowstone geisers, meer dan 1.900 mijl verderop. Binnen enkele uren na de aardbeving barstten verschillende kleine warmwaterbronnen uit tot gloednieuwe tijdelijke fonteinen, terwijl andere meer gevestigde geisers meer of minder vaak uitbarstten. “Waarschijnlijk veranderde de passage van seismische golven de routes waardoor vloeistoffen zich bewogen,” zegt Manga. “Er kunnen grappige dingen gebeuren in de aarde.”

zijn geisers vulkanen?

Nee. Geisers breken water en stoom uit in plaats van de rots en as die uit een vulkaan komen., Geisers zijn ook fysiek veel kleiner dan vulkanen, en uitbarsten vaker. Toch zijn veel van de processen zijn vergelijkbaar, en metingen van geisers kunnen helpen wetenschappers begrijpen sommige aspecten van vulkanen, Manga zegt. Bijvoorbeeld, het bestuderen van hoe groot een ondergrondse holte moet zijn voordat een geiser vormt kan helpen om de relatie tussen ondergrondse magmakamers en vulkaanuitbarstingen te verlichten.

dat maakt geisers kleine natuurlijke laboratoria voor het verkennen van eruptieve processen, zoals die bij vulkanen., Seismologen hebben kleine gerommel in de grond opgespoord die afkomstig is van geisers voordat ze losgelaten worden in een explosie. De bevingen komen waarschijnlijk van bubbels die snel groeien en instorten in het ondergrondse reservoir. In de afgelopen jaren hebben wetenschappers kleine seismische geruchten gedocumenteerd die ze ‘voorspel’ noemen, wat vaak aangeeft dat er een grotere uitbarsting op komst is. Het voorspel laat de geiser ontploffen., Er is geen vergelijkbaar voorspel bij vulkanen, maar het begrijpen van de tekenen die ontstaan voordat een geiser uitbarst, kan onderzoekers helpen creatiever na te denken over wat te zoeken bij vulkanen.

zijn er geisers op werelden buiten de aarde?

Ja. Neptunus ‘maan Triton en Saturnus’ maan Enceladus barsten beide af en toe mengsels van vaste stoffen en gas uit hun ijzige oppervlakken. Op Triton lijkt de energiebron zonlicht te zijn dat op het oppervlak valt en het van bovenaf verwarmt, waardoor er stralen ontstaan die mogelijk gemaakt zijn van stikstof., Op Enceladus zorgen getijden, veroorzaakt door de zwaartekracht van Saturnus, ervoor dat de buitenste ijsschelp buigt, waardoor scheuren ontstaan. Planetenwetenschappers denken dat het materiaal dat vanuit Enceladus de ruimte in spuit, afkomstig is van een begraven oceaan, dus elke toekomstige sondes daar zou in staat zijn om direct door een van deze geisers te vliegen, op zoek naar chemische tekenen van leven van diep in de maan.

wat geisers niet alleen een toeristisch wonder op aarde maakt, maar ook een mogelijke manier om het leven op andere, verre werelden te verkennen.