Thar sie bläst: Das was, warum und wo der Geysire

Wenn Sie Yellowstone National Park gewesen, Sie haben sicherlich eine der berühmtesten Geysire der Welt gesehen. Ungefähr jede Stunde bis anderthalb Stunden schießt Old Faithful eine hoch aufragende Wolke aus heißem Wasser und Dampf in die Luft. Massen von Kamera-beladenen Touristen schwärmen in sicherer Entfernung-das Wasser kann eine Blasenbildung 200 Grad Fahrenheit (etwa 95 Grad Celsius) und der Dampf mehr als 350 Grad F (175 Grad C).

Auch Wissenschaftler sind zu alten Gläubigen strömt., Seine zuverlässigen Blasten bieten ein natürliches Labor, um zu untersuchen, wie kochendes Wasser aus dem Boden und in die Luft strömt. In einer Memoiren im 2017 Annual Review of Earth and Planetary Sciences erinnert sich die Geophysikerin Susan Kieffer daran, wie ein Foto von Ansel Adams von Old Faithful sie dazu inspirierte, ihren 9-jährigen Sohn in einen Volkswagen Camper zu packen und 1976 nach Yellowstone zu fahren. In einem Monat der Dreharbeiten zu Old Faithful stellte sie die Bühne für das moderne Verständnis dar, wie erhitztes Wasser und Dampf, die in unterirdischen Kammern interagieren, die Eruptionen des Geysirs antreiben.,

Heute haben Forscher nicht nur Yellowstones Geysire untersucht — die etwa die Hälfte der weltweiten Gesamtmenge ausmachen—, sondern Hunderte von anderen auf der ganzen Welt. Dazu gehören Gruppierungen von Geysiren an Orten wie Island, Russlands Tal der Geysire und Neuseelands Nordinsel. Wissenschaftler haben farbigen Farbstoff in den Hals von Geysiren geworfen, um zu sehen, wie lange es dauert, die Farbe zu löschen, und pfefferte den nahe gelegenen Boden mit Seismometern, um vor jeder Explosion auf unterirdisches Grollen zu hören.,

Solche Studien enthüllen jetzt die komplexe Physik hinter Geysiren, schreiben zwei Geowissenschaftler im 2017 Annual Review of Earth and Planetary Sciences.

Es braucht eine seltene Kombination von unterirdischen Hohlräumen und heißen Quellen, die mit Geothermie betrieben werden, um diese atemberaubenden natürlichen Brunnen zu schaffen, sagen Shaul Hurwitz vom US Geological Survey in Menlo Park, Kalifornien, und Michael Manga von der University of California, Berkeley., Hier ist ein Blick darauf, was diese seltenen, faszinierenden Eruptionen antreibt und was Forscher darüber lernen, warum Eruptionen enden, ihr Timing ändern und manchmal ganz verschwinden. Geysire könnten auch Hinweise darauf geben, wie große, gefährliche Vulkane wirken — und uns sogar von den planetarischen Prozessen auf anderen Welten erzählen.

Was ist ein Geysir?

Ein Geysir ist jede heiße Quelle, die gelegentlich eine Kombination aus turbulentem Wasser und Dampf ausbricht. Das bedeutet, dass Geysire sowohl Wärme als auch Wasser ständig auffüllen müssen., So finden sich die meisten in vulkanisch aktiven Gebieten, die Wärme von unten liefern, und an Orten mit viel Regen oder Schneefall, um das Wasser zu versorgen. Viele Geysire treten in Gruppen auf, die als Geysirfelder bezeichnet werden und bei denen der Ausbruch eines bestimmten Geysirs das Verhalten benachbarter Geysire beeinflussen kann — was sie beispielsweise unregelmäßiger oder seltener macht.

Geysire benötigen auch unterirdische Hohlräume, in denen sich Wasser, Dampf und Druck ansammeln können. Ohne solche Hohlräume würde Wasser in einer heißen Quelle einfach leise und konstant aufplatzen., Die vergrabenen Hohlräume ermöglichen den Aufbau von Flüssigkeit und Gas im Laufe der Zeit und stellen das komplexe Zusammenspiel zwischen Druck und Temperatur her, das zu einer plötzlichen, turbulenten Entladung führt.

Die meisten Geysire erreichen Höhen von wenigen Fuß bis zu zehn Fuß. Yellowstone ‚ s Steamboat Geysir — der größte der Welt — bricht regelmäßig auf eine Höhe von rund 375 Fuß.

Was macht einen Geysir ausbrechen?

Wasser, das von oben versickert, wird durch Erdwärme von unten erwärmt und bildet Druckdampf in einem unterirdischen Hohlraum., Der hohe Druck bewirkt, dass das Wasser über seinem üblichen Siedepunkt von 212 Grad F (100 Grad C) überhitzt wird. Wenn sich das Wasser ausdehnen kann, zum Beispiel durch Austreten aus der Geysiröffnung, fällt der Druck sofort ab und lässt das superheiße Wasser kochen. Fast sofort verwandelt sich das tiefe Wasser in Dampf, der sich schnell und heftig ausdehnt und das gesamte Wasser-Dampf-Gemisch als Ausbruch in die Luft drückt.,

Der deutsche Chemiker Robert Bunsen (von Bunsen-burner Fame) entdeckte 1846 diese Beziehung zwischen Druck und Siedepunkten, nachdem er ein Thermometer auf den Geysir gestellt hatte, den Geysir in Südisland, von dem das Phänomen seinen Namen erhält und bedeutet „ausgießen“ oder „herstürzen“.“

Seitdem haben Wissenschaftler andere Experimente durchgeführt, z. B. Farbstoffe in alte Farben eingebracht, um festzustellen, wie lange die Farbe durch eine Reihe von Eruptionen anhalten würde., Diese Arbeit im Jahr 1963 zeigte, dass es mehr als 24 Eruptionen brauchte, bis der Geysir gelöscht war, was darauf hindeutet, dass der unterirdische Hohlraum von Old Faithful viel mehr Flüssigkeit enthielt als die Menge, die in jeder Explosion ausgestoßen wurde.

In neueren Forschungen haben Manga und seine Kollegen an einem Geysirfeld in Chile gearbeitet, das als El Tatio bekannt ist und etwa 14.000 Fuß hoch in der Atacama-Wüste liegt. In solchen Höhen kocht Wasser bei einer niedrigeren Temperatur, so dass weniger geothermische Wärme benötigt wird, um einen Geysir zu erzeugen., Touristen kommen im Morgengrauen an, um zu beobachten, wie die wispigen Dampfwolken in der kalten Luft kondensieren und, wenn sie Glück haben, einen spektakulären Ausbruch vor dem bergigen Hintergrund.

Mangas Team installierte Instrumente zur Messung von Druck und Temperatur in verschiedenen Tiefen im Geysirfeld sowie seismische Aktivität und Verschiebung des Bodens. „Wir können bestätigen, dass Bunsens Ideen richtig sind — dass Eruptionen beginnen, wenn das Kochen an der Spitze der Wassersäule beginnt“, sagt Manga. „Und wir können auch Fragen beantworten wie: Warum enden Eruptionen?“Die Antwort, die seine Gruppe in den letzten Jahren gefunden hat, ist, dass Geysire enden, wenn ihnen der Dampf ausgeht, der aus größeren Tiefen kommt.,

Geothermische Exploration hat viele Geysirfelder in Orten wie Nevada und Neuseeland getötet. Durch die Erschließung unterirdischer Wärmequellen-hauptsächlich durch radioaktiven Zerfall von Elementen in der Erdkruste -, um Energie zu gewinnen, haben Unternehmen die Wärme entfernt, die Geysire dort befeuerte.

Warum Geysir Verhalten so schwer vorherzusagen?

Einige Geysire sind so regelmäßig wie ein Uhrwerk, während andere sind unregelmäßig. Der Schlüssel zur Vorhersage von Eruptionen besteht darin, einen Geysir sehr lange zu beobachten., In Yellowstone, Park Rangers und Amateure haben Aufzeichnungen bei Old Faithful und anderswo gesammelt, die Jahrzehnte zurückreichen.

Im weniger untersuchten El Tatio studierte Mangas Team einen großen Geysir namens El Jefe. Im Jahr 2012 brach es im Durchschnitt alle 132 Sekunden in der Woche aus, in der die Forscher dort waren. Im Jahr 2014, als die Wissenschaftler zurückkehrten, brach es durchschnittlich alle 105 Sekunden aus. Heute ist es völlig tot.

Geysire sind vergänglich. Im Laufe der Zeit können Geysire ihre Aktivität ändern, da Wärme und Wasser durch den Boden fließen., Das Wasser trägt normalerweise kieselsäurereiche Mineralien, die als glatte Hügel oder Terrassen um den Ausbruchspunkt auf den Boden fallen. Diese Mineralien können auch die unterirdischen Leitungen, durch die das Wasser fließt, verstopfen, was dazu führt, dass einige Geysire herunterfahren und andere sich verjüngen.

Das Wetter kann das Uhrwerk eines Geysirs optimieren. Einige, wie Yellowstones Daisy Geysir, sind von großen Wasserbecken bedeckt; Bei kaltem, regnerischem Wetter dauert es länger, bis das Oberflächenwasser kocht und der Geysir ausbricht., Wind kann auch die Ausbruchsfrequenz ändern, da starke Winde das Oberflächenwasser kühlen und Ausbrüche verzögern.

Erdbeben können auch ändern die Frequenz der Geysir-Eruptionen, sogar von sehr weit Weg. Im Jahr 2002 eine Magnitude-7.,9 Erdbeben in Alaska verändert das Verhalten einiger der Yellowstone Geysire, mehr als 1.900 Meilen entfernt. Innerhalb weniger Stunden nach dem Beben platzten mehrere kleine heiße Quellen in brandneue temporäre Brunnen, während andere mehr etablierte Geysire mehr oder weniger oft ausbrachen. „Vermutlich veränderte der Durchgang seismischer Wellen die Wege, durch die sich Flüssigkeiten bewegten“, sagt Manga. „Lustige Dinge können auf der Erde passieren.“

Sind Geysire Vulkane?

Nein. Geysire brechen Wasser und Dampf aus, anstatt das Gestein und die Asche, die aus einem Vulkan kommen., Geysire sind auch physisch viel kleiner als Vulkane und brechen häufiger aus. Dennoch sind viele der Prozesse ähnlich, und Messungen von Geysiren können Wissenschaftlern helfen, einige Aspekte von Vulkanen zu verstehen, sagt Manga. Zum Beispiel könnte die Untersuchung, wie groß ein unterirdischer Hohlraum sein muss, bevor sich ein Geysir bildet, dazu beitragen, die Beziehung zwischen unterirdischen Magmakammern und Vulkanausbrüchen zu beleuchten.

Das macht Geysire zu kleinen natürlichen Labors zur Erforschung eruptiver Prozesse, wie sie bei Vulkanen vorkommen., Seismologen haben winzige Gerüchte im Boden verfolgt, die von Geysiren ausgehen, bevor sie sich bei einer Explosion lösen. Die Erschütterungen kommen wahrscheinlich von Blasen, die schnell wachsen und innerhalb des unterirdischen Reservoirs zusammenbrechen. In den letzten Jahren haben Wissenschaftler kleine seismische Grollen dokumentiert, die sie „Vorspiel“ nennen, was oft darauf hindeutet, dass ein größerer Ausbruch auf dem Weg ist. Das Vorspiel bereitet den Geysir anscheinend zum Blasen vor., Es gibt kein ähnliches Vorspiel bei Vulkanen, Aber das Verständnis der Anzeichen, die auftreten, bevor ein Geysir ausbricht, könnte Forschern helfen, kreativer darüber nachzudenken, wonach sie bei Vulkanen suchen müssen.

Gibt es Geysire auf Welten jenseits der Erde?

ja. Der Neptunmond Triton und der Saturnmond Enceladus brechen gelegentlich Mischungen von Feststoffen und Gas von ihren eisigen Oberflächen aus. Auf Triton scheint die Energiequelle Sonnenlicht zu sein, das auf die Oberfläche fällt und es von oben erhitzt, wodurch möglicherweise Strahlen aus Stickstoff gebildet werden., Auf Enceladus führen Gezeiten, die durch Saturns Gravitationszug verursacht werden, dazu, dass sich die äußere Eishülle biegt und Risse bildet. Planetenwissenschaftler glauben, dass das Material, das von Enceladus in den Weltraum gesprüht wird, aus einem vergrabenen Ozean stammt, so dass zukünftige Sonden dort möglicherweise direkt durch einen dieser Geysire fliegen können und nach chemischen Lebenszeichen aus der Tiefe des Mondes suchen.

Das macht Geysire nicht nur zu einem Touristenwunder auf der Erde, sondern auch zu einer Möglichkeit, das Leben auf anderen, fernen Welten zu erkunden.