Jeśli byłeś w Parku Narodowym Yellowstone, z pewnością widziałeś jeden z najbardziej znanych gejzerów na świecie. Około każdej godziny do półtorej godziny, Old Faithful wystrzeliwuje w powietrze wysokie pióropusze gorącej wody i pary. Tłumy turystów obładowanych kamerą roją się w bezpiecznej odległości — woda może być pęcherzy 200 stopni Fahrenheita (około 95 stopni Celsjusza), a para ponad 350 stopni F (175 stopni C).
, Jego niezawodne wybuchy stanowią naturalne laboratorium do badania strumieni wrzącej wody z ziemi i do powietrza. W 2017 roku geofizyczka Susan Kieffer, geofizyczka, wspomina, jak zdjęcie Ansela Adamsa z Old Faithful zainspirowało ją do spakowania 9-letniego syna do kampera Volkswagena i wyruszenia do Yellowstone w 1976 roku. W ciągu miesiąca kręcenia filmu Old Faithful, stworzyła scenę dla współczesnego zrozumienia, w jaki sposób podgrzana woda i para, oddziałujące w podziemnych komorach, zasilają erupcje gejzeru.,
być może najbardziej znany gejzer w Parku Narodowym Yellowstone, Old Faithful wysyła tysiące galonów wrzącej wody i pary między 100 i 200 stóp w górę z każdą erupcją. Jego erupcje są częste, ale nie ma co ustawiać zegarka, a czas między krótkimi wybuchami wynosi od jednej godziny do prawie dwóch.,
CREDIT: TOM SIEGFRIED (CC-BY-SA)
dziś naukowcy badali nie tylko gejzery Yellowstone — które stanowią około połowę światowej sumy — ale setki innych na całym świecie. Należą do nich grupy gejzerów w takich miejscach jak Islandia, Rosyjska Dolina gejzerów i nowozelandzka Wyspa Północna. Naukowcy wrzucili kolorowy barwnik do gardła gejzerów, aby zobaczyć, jak długo trwa usuwanie koloru, i zasypali pobliską ziemię sejsmometrami, aby słuchać podziemnych dudnień przed każdym wybuchem.,
takie badania ujawniają teraz złożoną fizykę stojącą za gejzerami-piszą dwaj geonaukowcy w 2017 Annual Review of Earth and Planetary Sciences.
do stworzenia tych wspaniałych naturalnych fontann potrzeba rzadkiej kombinacji podziemnych Jam i gorących źródeł, zasilanych energią geotermalną, mówią Shaul Hurwitz z US Geological Survey w Menlo Park w Kalifornii i Michael Manga z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley., Oto spojrzenie na to, co napędza te rzadkie, fascynujące erupcje i czego naukowcy dowiadują się, dlaczego erupcje kończą się, zmieniają swój czas, a czasami całkowicie znikają. Gejzery mogą również dostarczyć wskazówek, jak działają wielkie, niebezpieczne wulkany — a nawet opowiedzieć nam o procesach planetarnych na innych światach.
Co to jest gejzer?
gejzer to każde gorące źródło, które czasami wybucha kombinacją burzliwej wody i pary wodnej. Oznacza to, że gejzery wymagają stałego uzupełniania zarówno ciepła, jak i wody., Tak więc większość znajduje się w obszarach aktywnych wulkanicznie, które dostarczają ciepło z dołu, oraz w miejscach z dużą ilością deszczu lub śniegu, aby zapewnić wodę. Wiele gejzerów pojawia się w grupach zwanych polami gejzerów, gdzie erupcja jednego konkretnego gejzeru może wpływać na zachowanie pobliskich gejzerów — czyniąc je na przykład bardziej nieregularnymi lub rzadszymi.
gejzery wymagają również podziemnych zagłębień, w których może gromadzić się woda, para i ciśnienie. Bez takich pustek woda po prostu trzepotałaby się cicho i konsekwentnie w gorącym źródle., Zakopane pustki pozwalają na gromadzenie się płynu i gazu w czasie, tworząc złożone wzajemne oddziaływanie między ciśnieniem a temperaturą, które powoduje nagłe, burzliwe wyładowanie.
wrząca poniżej: podziemne instalacje wodno-kanalizacyjne gejzerów różnią się dramatycznie z miejsca na miejsce, jak w tym porównaniu z Nowej Zelandii (po lewej) i Wyoming (po prawej)., Wszystkie są jednak zasilane przez wodę naładowaną podczas opadów deszczu oraz przez źródło głębokiego ciepła geotermalnego, które podnosi temperaturę wody i przekształca ją w parę wodną i wylewkę wody. Fumarole natomiast odbijają tylko parę i inne gazy; baseny z gorącymi źródłami są ogrzewane energią geotermalną, ale brakuje im gazu gejzerów. (Nie do skali).
kredyt: S. HURWITZ i M., MANGA / ANNUAL REVIEW of EARTH AND PLANETARY SCIENCES 2017ADAPTED by DOUG BECKNER/KNOWABLE MAGAZINE
Większość gejzerów osiąga wysokość od kilku do kilkudziesięciu stóp. Gejzer parowy Yellowstone — największy na świecie — regularnie wybucha do wysokości około 375 stóp.
co powoduje wybuch gejzeru?
woda perkolowana z góry jest ogrzewana przez ciepło geotermalne z dołu, tworząc pod ciśnieniem parę w podziemnej jamie., Wysokie ciśnienie powoduje przegrzanie wody powyżej zwykłej temperatury wrzenia 212 stopni F (100 stopni C). Gdy woda ma szansę się rozwinąć, na przykład przez wyciek z otworu gejzeru, ciśnienie natychmiast spada, umożliwiając zagotowanie wody superhot. Niemal natychmiast głęboka woda przekształca się w parę, która szybko i gwałtownie rozszerza się i popycha całą mieszaninę woda-para do powietrza w wyniku erupcji.,
niemiecki chemik Robert Bunsen (o sławie Bunsena-palnika) odkrył tę zależność między ciśnieniem a temperaturą wrzenia w 1846 roku po umieszczeniu termometru w Geysir, gejzerze w południowej Islandii, od którego zjawisko to bierze swoją nazwę, co oznacza „wylewać” lub „spieszyć się.”
od tego czasu naukowcy przeprowadzili inne eksperymenty, takie jak umieszczanie barwnika w Old Faithful, aby prześledzić, jak długo kolor będzie trwał przez serię erupcji., Ta praca w 1963 roku pokazała, że potrzeba więcej niż 24 erupcji, aby gejzer się oczyścił, co sugeruje, że podziemna Jama Old Faithful zawierała znacznie więcej płynu niż ilość wyrzucana w każdym wybuchu.
W ostatnich badaniach Manga i jego koledzy pracowali na polu gejzerów w Chile znanym jako El Tatio, około 14 000 stóp wysokości na pustyni Atacama. Na tak dużych wysokościach woda gotuje się w niższej temperaturze, więc potrzeba mniej ciepła geotermalnego, aby wytworzyć gejzer., Turyści przybywają o świcie, aby oglądać mgliste smugi pary skraplające się w chłodnym powietrzu, a gdy mają szczęście, spektakularną erupcję na górzystym tle.
El Tatio pole gejzerów (na zdjęciu) leży wysoko w Andach i jest domem dla około 80 aktywnych gejzerów.
,PHOTO (CC-BY-SA)
zespół Manga zainstalował przyrządy do pomiaru ciśnienia i temperatury na różnych głębokościach w polu gejzeru, a także aktywności sejsmicznej i przesuwania się ziemi. „Możemy potwierdzić, że pomysły Bunsena są poprawne — wybuchy zaczynają się, gdy gotowanie zaczyna się na szczycie słupa wody”, mówi Manga. „Możemy również odpowiedzieć na pytania, dlaczego wybuchy się kończą?”Odpowiedź, którą jego grupa znalazła w ciągu ostatnich kilku lat, jest taka, że gejzery kończą się, gdy zabraknie pary pochodzącej z większych głębin.,
eksploracja geotermalna zabiła wiele pól gejzerów w miejscach takich jak Nevada i Nowa Zelandia. Wykorzystując podziemne źródła ciepła-głównie z radioaktywnego rozpadu pierwiastków w skorupie planety — w celu wydobycia energii, firmy usunęły ciepło, które napędzało gejzery.
wiele gejzerów w nowozelandzkiej Dolinie geotermalnej Whakarewarewa wypływa ze wspólnej szczeliny głęboko w ziemi., Aktywność gejzerów w dolinie, która od ponad 500 lat jest domem dla społeczności Maorysów, spadła w ubiegłym wieku. W latach osiemdziesiątych XX wieku napełnianie studni wodnych znajdujących się najbliżej gejzerów ożywiło niektóre, ale nie wszystkie gejzery doliny.
CREDIT: WIKIMEDIA COMMONS
dlaczego zachowanie gejzerów jest tak trudne do przewidzenia?
niektóre gejzery są tak regularne jak w zegarku, podczas gdy inne są nieregularne. Kluczem do przewidywania erupcji jest oglądanie gejzeru przez bardzo długi czas., W Yellowstone, strażnicy parku i amatorzy zgromadzili rekordy w Old Faithful i gdzie indziej sięgające dziesięcioleci.
w mniej znanym El Tatio zespół mangi badał Wielki gejzer o nazwie El Jefe. W 2012 wybuchał średnio co 132 sekundy w ciągu tygodnia, w którym byli tam naukowcy. W 2014 roku, kiedy naukowcy powrócili, wybuchała średnio co 105 sekund. Dziś jest całkowicie martwy.
gejzery są efemeryczne. Z czasem gejzery mogą zmieniać swoją aktywność ze względu na sposób przepływu ciepła i wody przez ziemię., Woda zwykle niesie minerały bogate w krzemionkę, które wytrącają się na ziemię jako gładkie kopce lub tarasy wokół punktu erupcji. Minerały te mogą również rozbijać podziemne kanały, przez które przepływa woda, powodując zamknięcie niektórych gejzerów, A innych odmłodzenie.
pogoda może podkręcić zegar gejzera. Niektóre, takie jak gejzer Daisy Yellowstone, są pokryte dużymi basenami z wodą; w zimnej, deszczowej pogodzie potrzeba więcej czasu, aby woda powierzchniowa dotarła do wrzenia i gejzer wybuchł., Wiatr może również zmieniać częstotliwość erupcji, ponieważ silne wiatry chłodzą wody powierzchniowe i opóźniają erupcje.
między erupcjami gejzery takie jak Artemisia w Parku Narodowym Yellowstone wyglądają jak Gorące źródła. Gdy zaczyna się gotowanie, woda często przepełnia brzegi basenu.
kredyt: REFMARINO (CC-BY-SA 4.0)
trzęsienia ziemi mogą również zmienić częstotliwość erupcji gejzerów, nawet z bardzo daleka. W 2002 roku liczyła 7 mieszkańców.,9 trzęsienie ziemi na Alasce zmieniło zachowanie niektórych gejzerów Yellowstone, oddalonych o ponad 1900 Mil. W ciągu kilku godzin od trzęsienia kilka małych gorących źródeł wpadło do nowych tymczasowych fontann, podczas gdy inne bardziej znane gejzery zaczęły erupować mniej lub bardziej często. „Przypuszczalnie Przejście fal sejsmicznych zmieniło ścieżki, przez które poruszały się płyny”, mówi Manga. „Zabawne rzeczy mogą się zdarzyć na Ziemi.”
czy gejzery są wulkanami?
nie Gejzery wybuchają wodą i parą, a nie skałą i popiołem, który wychodzi z wulkanu., Gejzery są również fizycznie znacznie mniejsze od wulkanów i wybuchają częściej. Mimo to wiele procesów jest podobnych, a pomiary gejzerów mogą pomóc naukowcom zrozumieć niektóre aspekty wulkanów-mówi Manga. Na przykład zbadanie, jak duża musi być podziemna Jama, zanim powstanie gejzer może pomóc w oświetleniu związku między podziemnymi komorami magmowymi a erupcjami wulkanów.
To sprawia, że gejzery są małymi naturalnymi laboratoriami do badania procesów erupcyjnych, takich jak te na wulkanach., Sejsmolodzy śledzili drobne dudnienia w ziemi, które emanują z gejzerów, zanim uwolnią się w wybuchu. Wstrząsy prawdopodobnie pochodzą z pęcherzyków szybko rosnących i zapadających się w podziemnym zbiorniku. W ostatnich latach naukowcy udokumentowali małe huki sejsmiczne, które nazywają „preplay”, które często wskazują, że większa erupcja jest w drodze. Preplay najwyraźniej sprawia, że gejzer wybucha., Nie ma podobnej preplay na wulkany, ale zrozumienie znaków, które pojawiają się przed wybuchem gejzeru może pomóc badaczom myśleć bardziej kreatywnie o tym, czego szukać na wulkany.
czy na światach poza Ziemią są gejzery?
tak. Księżyc Neptuna Tryton i księżyc Saturna Enceladus czasami wybuchają mieszaniny ciał stałych i gazu ze swoich lodowych powierzchni. Na Trytonie źródłem energii wydaje się światło słoneczne padające na powierzchnię i ogrzewające ją z góry, tworząc strumienie prawdopodobnie wykonane z azotu., Na Enceladusie pływy spowodowane przyciąganiem grawitacyjnym Saturna powodują wygięcie zewnętrznej powłoki Lodowej, tworząc szczeliny. Naukowcy Planetarni sądzą, że materiał rozpylający się w Przestrzeń Kosmiczną z Enceladusa pochodzi z Zakopanego oceanu, więc wszelkie przyszłe sondy mogą być w stanie przelecieć bezpośrednio przez jeden z tych gejzerów, szukając chemicznych oznak życia z głębi Księżyca.
co sprawia, że gejzery to nie tylko turystyczny cud na Ziemi, ale także możliwy sposób na poznawanie życia na innych, odległych światach.