Thar hon blåser: vad, varför och var av gejsrar

Om du har varit i Yellowstone National Park, Du har säkert sett en av världens mest kända gejsrar. Ungefär varje timme till en och en halv timme skjuter gamla trogna en tornande plume varmt vatten och ånga in i luften. Massorna av kamera-lastade turister svärma på ett säkert avstånd-vattnet kan vara en blåsande 200 grader Fahrenheit (ca 95 grader Celsius) och ångan mer än 350 grader F (175 grader c).

forskare har också flockat till gamla trogna., Dess tillförlitliga Blaster ger ett naturligt laboratorium för att studera hur kokande vatten strålar ut ur marken och in i luften. I en memoar i 2017 Årlig Översyn av Earth and Planetary Sciences, geofysiker Susan Kieffer påminner om hur en Ansel Adams fotografi av Gamla Trogna inspirerade henne att packa sin 9-åriga son i en Volkswagen camper och iväg till Yellowstone 1976. I en månad av filmning Old Faithful satte hon scenen för den moderna förståelsen av hur uppvärmt vatten och ånga, interagerar i underjordiska kamrar, Driver gejserns utbrott.,

idag har forskare studerat inte bara Yellowstones gejsrar — som står för ungefär hälften av världens totala — men hundratals andra runt om i världen. De inkluderar grupperingar av gejsrar på sådana platser som Island, Rysslands dal av gejsrar och Nya Zeelands Norra ö. Forskare har dumpat färgat färgämne ner i halsen av gejsrar för att se hur lång tid det tar färgen att rensa och peppared den närliggande marken med seismometrar för att lyssna på underjordiska rumblings före varje blast.,

sådana studier avslöjar nu den komplexa fysiken bakom gejsrar, två geovetenskapare skriver i 2017 års översyn av jord-och planetariska vetenskaper.

det tar en sällsynt kombination av underjordiska håligheter och varma källor, som drivs av geotermisk energi, för att skapa dessa fantastiska naturliga fontäner, säger Shaul Hurwitz av den amerikanska geologiska undersökningen i Menlo Park, Kalifornien och Michael Manga vid University of California, Berkeley., Här är en titt på vad som driver dessa sällsynta, fascinerande utbrott, och vad forskare lär sig om varför utbrott slutar, ändrar sin timing och ibland försvinner helt och hållet. Gejsrar kan också ge ledtrådar till hur stora, farliga vulkaner fungerar — och till och med berätta om planetariska processer på andra världar.

Vad är en gejser?

en gejser är en varm källa som ibland bryter ut en kombination av turbulent vatten och ånga. Det betyder att gejsrar kräver konstant påfyllning av både värme och vatten., Så de flesta finns i vulkaniskt aktiva områden, som levererar värme underifrån, och på platser med massor av regn eller snöfall för att ge vattnet. Många gejsrar förekommer i grupper som kallas gejserfält, där utbrott av en viss gejser kan påverka beteendet hos närliggande — vilket gör dem mer oregelbundna, till exempel eller mindre frekventa.

gejsrar kräver också underjordiska håligheter där vatten, ånga och tryck kan ackumuleras. Utan sådana tomrum skulle vatten helt enkelt gräva upp tyst och konsekvent i en varm vår., De begravda tomrummen tillåter vätska och gas att bygga upp över tiden, vilket skapar det komplexa samspelet mellan tryck och temperatur som resulterar i en plötslig, turbulent urladdning.

de Flesta gejsrar nå höjder på ett par meter till tiotals meter. Yellowstone ’ s Steamboat geyser — den största i världen — utbrott regelbundet till en höjd av cirka 375 fot.

Vad gör en gejser utbrott?

vatten som strömmar ner ovanifrån värms av geotermisk värme underifrån och bildar trycksatt ånga i ett underjordiskt hålrum., Det höga trycket gör att vattnet blir överhettad över sin vanliga kokpunkt 212 grader F (100 grader c). När vattnet får en chans att expandera, till exempel genom att läcka ut ur gejseröppningen, sjunker trycket omedelbart, vilket gör att superhotvattnet kan koka. Nästan omedelbart omvandlas det djupa vattnet till ånga, vilket expanderar snabbt och våldsamt och skjuter hela vatten-ångblandningen i luften som ett utbrott.,

tysk kemist Robert Bunsen (av Bunsen-burner berömmelse) upptäckte detta förhållande mellan tryck och kokpunkter 1846 efter att ha lagt en termometer ner Geysir, gejsern i södra Island från vilken fenomenet får sitt namn, vilket betyder ”till PIP” eller ”att rusa ut.”

sedan dess har forskare genomfört andra experiment, såsom att sätta färgämne i gamla trogna att spåra hur länge färgen skulle pågå genom en serie utbrott., Det arbetet, 1963, visade att det tog mer än 24 utbrott för gejser att rensa, vilket tyder på att Old Faithful underjordiska hålighet innehöll mycket mer vätska än den mängd som utstöts i varje blast.

I nyare forskning har Manga och hans kollegor arbetat på ett gejserfält i Chile som kallas El Tatio, ca 14,000 fot högt i Atacamaöknen. Vid sådana höga höjder kokar vatten vid en lägre temperatur, så det tar mindre geotermisk värme för att producera en gejser., Turister anländer till gryningen för att titta på den strippiga ångpumpen kondenserar i den fria luften och, när de har tur, en spektakulär utbrott mot den bergiga bakgrunden.

Manga Team installerade instrument för att mäta tryck och temperatur vid olika djup i gejserfältet, samt seismisk aktivitet och förskjutning av marken. ”Vi kan bekräfta att Bunsens idéer är korrekta – att utbrott börjar när kokning börjar på toppen av vattenkolonnen”, säger Manga. ”Och vi kan också svara på frågor som, Varför slutar utbrott?”Svaret, hans grupp hittade under de senaste åren, är att gejsrar slutar när de får slut på ånga som kommer från större djup.,

geotermisk utforskning har dödat många gejserfält på platser som Nevada och Nya Zeeland. Genom att knacka in i underjordiska värmekällor-mestadels från radioaktivt sönderfall av element i planetens skorpa — för att extrahera energi, har företag tagit bort värmen som underblåste gejsrar där.

Varför är geyser beteende så svårt att förutsäga?

vissa gejsrar är lika vanliga som urverk, medan andra är oregelbundna. Nyckeln till att förutsäga utbrott är att titta på en gejser under mycket lång tid., I Yellowstone har park rangers och amatörer samlat rekord på Old Faithful och annorstädes sträcker sig tillbaka årtionden.

Vid den mindre granskade El Tatio studerade Mangas lag en stor gejser som heter El Jefe. År 2012 utbröt det i genomsnitt var 132 sekunder under veckan var forskarna där. År 2014, när forskarna återvände, utbröt det i genomsnitt var 105: e sekund. Idag är den helt död.

gejsrar är efemära. Med tiden kan gejsrar ändra sin aktivitet på grund av hur värme och vatten strömmar genom marken., Vattnet bär vanligtvis kiselrik mineraler, som fälls ut på marken som slickhögar eller terrasser runt utbrottspunkten. Dessa mineraler kan också gunk upp de underjordiska ledningar genom vilka vattnet strömmar, vilket gör att vissa gejsrar att stänga av och andra att föryngra.

vädret kan justera en gejsers urverk. Vissa, som Yellowstone ’ s Daisy Geyser, är täckta av stora pooler av vatten; i kallt, regnigt väder tar det längre tid för ytvattnet att nå kokning och gejser att bryta ut., Vind kan också ändra utbrottsfrekvensen, eftersom starka vindar kyler ytvattnet och försenar utbrott.

jordbävningar kan också ändra frekvensen av gejserutbrott, även från mycket långt borta. År 2002, en magnitud-7.,9 jordbävning i Alaska förändrade beteendet hos några av Yellowstone gejsrar, mer än 1.900 miles away. Inom några timmar efter jordbävningen brast flera små varma källor i helt nya tillfälliga fontäner, medan andra mer etablerade gejsrar började utbrott mer eller mindre ofta. ”Förmodligen förändrade passagen av seismiska vågor de vägar genom vilka vätskor rörde sig”, säger Manga. ”Roliga saker kan hända på jorden.”

är gejsrar vulkaner?

Nej. Gejsrar utbrott vatten och ånga snarare än sten och aska som kommer ut ur en vulkan., Gejsrar är också fysiskt mycket mindre än vulkaner, och utbrott oftare. Fortfarande är många av processerna likartade, och mätningar av gejsrar kan hjälpa forskare att förstå vissa aspekter av vulkaner, säger Manga. Till exempel, studera hur stor en underjordisk hålighet måste vara innan en gejser former kan hjälpa belysa förhållandet mellan underjordiska magma kamrar och vulkanutbrott.

det gör gejsrar små naturliga laboratorier för att utforska utbrott processer, som de på vulkaner., Seismologer har spårat små rumblings i marken som kommer från gejsrar innan de släpper loss i en blast. Skakningarna kommer förmodligen från bubblor som växer snabbt och kollapsar inom den underjordiska reservoaren. Under de senaste åren har forskare dokumenterat små seismiska rumblings som de kallar ”preplay”, vilket ofta indikerar att en större utbrott är på väg. Preplay tydligen primes gejser att blåsa., Det finns ingen liknande förspel på vulkaner, men att förstå de tecken som uppstår innan en gejser utbrott kan hjälpa forskare att tänka mer kreativt om vad man ska leta efter vid vulkaner.

finns det gejsrar på världar bortom jorden?

Ja. Neptunus måne Triton och Saturnus måne Enceladus båda ibland utbrott blandningar av fasta ämnen och gas från deras isiga ytor. På Triton verkar energikällan vara solljus som faller på ytan och värmer det ovanifrån och bildar strålar som eventuellt är gjorda av kväve., På Enceladus orsakar tidvatten som orsakas av Saturnus gravitationskraft att det yttre isskalet böjs och bildar sprickor. Planetariska forskare tror att materialet sprutar ut i rymden från Enceladus kommer från ett begravt hav, så eventuella framtida sonder där kan flyga direkt genom en av dessa gejsrar och smaka på kemiska tecken på liv från djupt inne i månen.

vilket gör gejsrar inte bara en turist undrar på jorden, men ett möjligt sätt att utforska livet på andra, avlägsna världar.