Geysire sind Objekte, die an ihrem Siedepunkt flüssiges Wasser und Dampf ausspucken. Per Definition brechen die sogenannten Geysire entweder periodisch (dh regelmäßig) oder episodisch aus, was bedeutet, dass die Zeitintervalle zwischen den Eruptionen nicht immer gleich sind. Es gibt viele andere Möglichkeiten, Geysire zu klassifizieren. Es gibt große und kleine Geysire und kalte Geysire, die eine Mischung aus flüssigem Wasser und Kohlendioxid ausspucken. Geysire sind im Allgemeinen nicht sehr verbreitet. Früher gab es auf der ganzen Welt ungefähr tausend, jetzt sind es ungefähr fünfhundert. Sie verschwinden, weil die Zonen, in denen sich die Geysire befinden, über geothermische Ressourcen verfügen. Geothermie wird aufgrund des Klimawandels immer häufiger genutzt. Man muss nur anfangen, Flüssigkeiten zu extrahieren, um die geothermische Anlage anzutreiben.wie Geysire beginnen, ihre Energie- und Wasserquelle zu verlieren. Wenn Sie diesen Vorgang lange genug fortsetzen, können alle Geysire verschwinden.
Die Bedeutung des Studiums von Geysiren
Es gibt drei Gründe, warum die Untersuchung von Geysiren wichtig ist. Erstens sind Geysire Modelle für Vulkanausbrüche. Wir sind daran interessiert, wie sie ausbrechen, was diesen Ausbruch provoziert, wie die Flüssigkeit an die Oberfläche steigt, wie sie in die Atmosphäre transportiert wird. Vulkane sind groß und gefährlich, aber sie brechen nicht sehr oft aus. Geysire sind klein und weniger gefährlich und brechen viele Male aus. Eines der Dinge, die wir aus der Untersuchung von Geysiren untersuchen wollen, ist, wie man den Eruptionsprozess versteht und modelliert. Wir können auch eine Reihe von geophysikalischen Instrumenten an Geysiren testen. Wir können ein Seismometer verwenden, um die Bewegung der Erde zu messen, wir können elektrische und magnetische Felder messen, wir können Videos aufnehmen und wir können auch versuchen, all diese Arten von Messungen zu kombinieren, um zu verstehenWas passiert während des Ausbruchs? Und dann können wir versuchen, unsere Erkenntnisse von kleinen Geysiren auf große Vulkane zu übertragen.
Der zweite Grund, warum wir uns für Geysire interessieren, ist, dass sie uns die Möglichkeit geben zu verstehen, wie die Erde Wasser transportiert. Es gibt Dinge, die als Geothermiesysteme bezeichnet werden und die wir für Geothermie verwenden. Geothermische Systeme produzieren Materialien wie Goldvorkommen. Durch den Transport von Flüssigkeiten können wir alle darin gelösten Elemente transportieren. Die Untersuchung von Geysiren bietet uns die Gelegenheit zu sehen, wie die Erde eine Mischung aus Dampf und Wasser transportiert.
Und der dritte Grund ist, dass Geysire ein interessantes und faszinierendes Phänomen sind. Wenn wir verstehen, wie die Erde Flüssigkeiten und Energie transportiert, müssen wir erklären können, wie Geysire funktionieren. Und das Ausmaß, in dem wir dies nicht tun, zeigt uns jetzt, dass es grundlegende Dinge über die Wärmeübertragung der Erde gibt, die wir noch nicht kennen.
Yellowstone National Park / Foto: unsplash.com
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Die Geysirforschung beginnt
Die erste moderne wissenschaftliche Forschung zu Geysiren wurde von Robert Bunsen durchgeführt - er ist am bekanntesten als Erfinder des Bunsenbrenners. Der Bunsenbrenner ist der kleine Brenner, den Sie in Ihrem Klassenzimmer sehen. Seine Entdeckung führte zur Erfindung der Spektroskopie. 1841 veröffentlichte er einen Artikel über Messungen in einem Geysir in Island. Diese Messungen sind weiterhin relevant.
Eine der Hauptfragen, die er stellte, war: "Warum bricht der Geysir aus?" Man kann sich verschiedene Eruptionsmethoden vorstellen: Sie können sowohl oben am Geysir als auch an der Basis beginnen. Bunsen machte Messungen, als er tiefer und tiefer in den Geysir sank und verschiedene Siedepunkte maß. Es muss 1841 schwierig gewesen sein. Trotzdem führte er diese Messungen im Geysir-Geysir durch, von dem alle anderen Geysire ihren Namen erhielten. Es stellt sich heraus, dass es in Island ein echtes Objekt namens Geysir gibt und alle anderen Geysire nach ihm benannt sind.
Bunsen stellte fest, dass die Wassertemperatur umso höher ist, je tiefer wir gehen. Dies ist auch eine wichtige Eigenschaft von kochendem Wasser: Wenn der Druck steigt, sinkt der Siedepunkt. Wenn Sie also Wasser mit einer bestimmten Temperatur in großen Tiefen nehmen und es höher an die Oberfläche heben, nimmt der Druck ab. Je tiefer wir gehen, desto höher ist der Druck. Und das Gegenteil wird auch zutreffen: Wenn wir uns von tiefer zu flacher bewegen, sinkt der Siedepunkt.
Also beginnen wir mit heißem Wasser, bringen es in eine Niederdruckzone, das Wasser beginnt zu kochen und es kommt zu einem Ausbruch. Und wenn wir weiterhin Wasser aus dem Geysir pumpen, fällt der Rest des Wassers unter den Einfluss von niedrigem Druck und der Ausbruch geht weiter. Vermutlich wird dies so lange fortgesetzt, bis das Wasser ausgeht. Dann füllen wir den Geysir nach und erhitzen ihn. In anderen Bereichen der Wissenschaft wird dies als Dekompressionskochen bezeichnet. Im Allgemeinen ist dies die Hauptmethode, mit der die Erde Vulkangesteine produziert. Wir nehmen den Stein, bringen ihn in die Niederdruckzone - er schmilzt. Vielleicht funktionieren Geysire genauso. Bunsen schlug diese Theorie 1841 vor.
Die Geburt neuer Geysire
Grundsätzlich sollten in einem Gebiet, in dem bereits viele Geysire existieren, neue Objekte erscheinen. Außerdem müssen sie erscheinen, weil einige von ihnen sterben. Tatsächlich verstehen wir nicht ganz, was zur Entstehung eines neuen Geysirs beiträgt. Es gibt Hinweise darauf, dass sie als Ergebnis einer Explosion auftreten. Wenn sich Dampf und Wasser unter der Erde ansammeln, kann eine Explosion entstehen, die als hydrothermale Explosion bezeichnet wird. Dies geschieht an Orten wie Yellowstone. Die Bedeutung der Explosion besteht darin, dass ein Loch oder ein Hohlraum entsteht, in dem sich der Geysir Wasser und Dampf ansammeln muss.
Trotzdem schaffen es Wissenschaftler, in Labors Geysire zu erzeugen, ohne große Depressionen zu verursachen. Darüber hinaus stellen Wissenschaftler seit über hundert Jahren Geysire in Laboratorien her. Die Methode ist recht einfach: Dazu werden lediglich Wärme und Wasser benötigt. Wissenschaftler nehmen einen Behälter mit Wasser, erhitzen es von unten - schließlich kocht das Wasser. Das kochende Wasser bewegt sich durch den Geysir und es kommt zu einem Ausbruch. Wenn der Dampf oder die Hitze endet, hört der Ausbruch auf.
Das Grundprinzip für die Untersuchung von Geysiren im Labor besteht darin, zu verstehen, wie sich verschiedene Variablen auf einen Ausbruch auswirken. Es sind viele Variablen zu berücksichtigen: Wie groß ist der Heizbereich, wie groß ist die Geometrie und so weiter. Dies gibt einen Einblick, wie Wärme und Masse in einem heißen System transportiert werden. Somit können Laborexperimente verwendet werden, um natürliche Geysire besser zu verstehen.
Folgen der globalen Erwärmung
Es gibt nur wenige Orte auf der Erde, an denen Sie Geysire finden können. Es gibt den Yellowstone-Nationalpark, in dem sich etwa die Hälfte aller Geysire befindet, das Tal der Geysire in Kamtschatka, das Tal der Geysire El Tatio in Chile, einige in Neuseeland, einige in Afrika und einige weitere in Island. Sie haben alle drei Eigenschaften.
Tal der Geysire El Tatio, Chile / Foto: pixabay.com
Das erste ist die jüngste vulkanische Aktivität. Dies ist wichtig, da Geysire Wärme benötigen. Wenn junge Vulkane keine Wärme liefern, ist es für Geysire schwierig, zu erscheinen. Zweitens waren die meisten dieser Zonen kürzlich mit Gletschern bedeckt. Sie hätten zur Schaffung der richtigen Materialien beitragen können, die für den Antrieb der Geysire benötigt werden. Wasser wird auch benötigt - dies ist das dritte Merkmal. Die meisten der genannten Orte haben Zugang zu einem großen Wasservolumen, mit Ausnahme von Chile, wo Geysire in der Atacama-Wüste gefunden werden. Dort stammt das Wasser höchstwahrscheinlich aus einem tiefen unterirdischen Grundwasserleiter (Aquifer) und erzeugt Geysire.
Folglich muss die Vorstellung, dass die globale Erwärmung Geysire beeinflussen kann, seltsam klingen. Dies ist jedoch aus zwei Gründen nicht der Fall. Der erste bezieht sich auf die Tatsache, dass Geysire Wasser benötigen, dessen Abwesenheit sie beeinflusst. Das zweite ist, dass die Tatsache, dass es so wenige Geysire gibt, darauf hindeutet, dass sie auf ihre Umgebung reagieren. Bei kälteren Bedingungen dauert das Aufwärmen des Geysirs länger. Dies macht kalte Geysire zu einem interessanten Untersuchungsobjekt.
Ein Geysirbecken hat normalerweise ein Wasserreservoir an der Oberfläche. Geysire brechen durch dieses Becken aus, das sehr empfindlich auf Änderungen der Lufttemperatur reagiert. Im Yellowstone Park gibt es den Daisy Geyser, der im Winter seltener ausbricht als im Sommer. Es ist auch windempfindlich: Wenn ein starker Wind weht, kühlt sich der Pool ab und es dauert länger, bis er ausbricht. Man kann also davon ausgehen, dass je wärmer die Erde wird, desto häufiger Ausbrüche auftreten sollten.
Forschung in Chile
Geysirforschung wird auf der ganzen Welt durchgeführt, aber viele ernste Fragen erfordern Messungen im Geysir. In US-Nationalparks dürfen Wissenschaftler nicht innerhalb oder sogar in der Nähe von Geysiren forschen: Es besteht immer die Möglichkeit, den Geysir zu beschädigen oder zu beeinträchtigen, und das Ziel von Nationalparks ist es, die Umwelt zu schützen und zu schützen, damit jeder sie genießen kann.
Fast alle Geysire sind Nationalparks, daher haben Wissenschaftler mit den örtlichen Gemeinden eine Vereinbarung zur Untersuchung von Geysiren in Chile getroffen. Sie durften bestimmte nicht Geysir zerstörende Messungen durchführen, solange sie den Geysiren keinen Schaden zufügten. Diese Vereinbarung ermöglicht es Forschern, Temperatur und Druck im Geysir zu messen sowie Flüssigkeiten detaillierter zu entnehmen und zu überwachen, als dies anderswo möglich wäre.
Chile hat mehrere Geysire, die besonders interessant sind. Der El Jefe Geysir, der auf Spanisch "Boss" genannt wird, ist sehr schön: Er ist sehr klein und erreicht eine Höhe von einigen Metern, etwas mehr als die Größe eines Mannes. Aufgrund seiner geringen Größe ist es leicht zu studieren. Darüber hinaus ist es einer der regelmäßigsten Geysire der Welt. Es bricht alle 140 Sekunden plus oder minus 1 Sekunde aus. Es ist ihm egal, wie hoch die Lufttemperatur ist, +20 oder -10 ° C, es ist egal, ob der Wind weht. Aufgrund seiner Regelmäßigkeit können wir damit experimentieren. Wir können Messungen von innen durchführen oder kaltes Wasser hinzufügen, um zu untersuchen, wie lange es dauern wird, bis er sich erholt hat. Dies alles macht es zu einem perfekten Beispiel für ein System, das wir als Modell für das Verständnis grundlegender Prozesse verwenden können.
Neueste Entdeckungen
Es gibt einige besonders bemerkenswerte Entdeckungen. Eine Sache identifiziert und bestätigt, dass es in der Nähe der Geysire große Kerben gibt, die manchmal als "Blasenfalle" bezeichnet werden. Dies ist eine sehr klare Demonstration dieses Prinzips: Sie können sehen, wie Blasen in kochendem Wasser aufsteigen, sie werden in dieser Kerbe eingeschlossen und wie nur ein paar drin reichen aus, ein ausbruch beginnt. Diese Fallen werden normalerweise an dem Geräusch erkannt, das Blasen machen. Schall wandert durch den Boden und kann mit einem Seismometer aufgezeichnet werden. Zusätzlich wurden Videokameras in den Geysiren platziert und das Auftreten von Blasen auf Video aufgezeichnet. Die Frage ist nur, ob dieses Verhalten für alle Geysire typisch ist oder nur für gut untersuchte.
Die Bedeutung einer anderen Beobachtung ist, dass wir jetzt die Geschwindigkeit der Wasserbewegung im Geysir messen können. Auf dieser Grundlage können wir sagen, dass sie höchstwahrscheinlich mit Schallgeschwindigkeit ausbrechen. Und wir können diese Hypothese tatsächlich messen und testen. Es ist jetzt wichtig zu verstehen, ob diese Entdeckungen universell oder spezifisch für die untersuchten Geysire sind. Und das bringt uns zu vielen offenen Fragen, die noch keine Antwort haben.
Yellowstone National Park / Foto: unsplash.com
Offene Fragen
Es gibt einige grundlegende Fragen, die noch beantwortet werden müssen. Warum gibt es Geysire? Warum werden sie nicht einfach zu heißen Quellen? Beginnt der Ausbruch oben auf dem Geysir oder geschieht etwas Wichtiges in großen Tiefen? Gibt es unter der Erdoberfläche etwas Besonderes, das zur Bildung von Geysiren führt? Kleine Eruptionen treten normalerweise vor dem Hauptausbruch auf. Wir wollen verstehen, ob diese Eruptionen Vorbereitung auf die Hauptausbrüche sind oder einfach schwächere Eruptionen. Wir wollen auch wissen, wie viel Masse und Energie Geysire an die Oberfläche übertragen, wie und warum sie unter dem Einfluss äußerer Einflüsse explodieren.
Was bedeutet das alles? Es gibt Gezeiten auf der Erde, sie verformen die Erde und dies kann einen Ausbruch verursachen. Veränderungen in der Natur können Eruptionen beeinflussen, und die jüngsten Erdbeben können ebenfalls Auswirkungen haben. Daher möchten wir wissen, wie genau sich dies auf die Geysire und ihre Funktionalität auswirkt. Wir wollen auch wissen, wie schnell das Material explodiert. In unseren Modellen zur Erkundung von Vulkanen gehen wir davon aus, dass dies mit Schallgeschwindigkeit geschieht, aber in Geysiren können wir dieses Modell testen. Angesichts der Menge an Informationen, die aus jüngsten Messungen gewonnen wurden, besteht eine gute Chance, dass viele dieser Fragen beantwortet werden.
Michael Manga