Geisers zijn objecten die vloeibaar water en stoom spuwen op hun kookpunt. Wat we geisers noemen, barsten per definitie periodiek (dat wil zeggen regelmatig) of episodisch uit, wat betekent dat de tijdsintervallen tussen uitbarstingen niet altijd hetzelfde zijn. Er zijn veel andere manieren om geisers te classificeren. Er zijn grote en kleine geisers, en er zijn koude geisers die een mengsel van vloeibaar water en koolstofdioxide spuwen. Over het algemeen zijn geisers niet erg gebruikelijk. Eens in de hele wereld waren dat er ongeveer duizend, maar nu zijn het er ongeveer vijfhonderd. Ze verdwijnen omdat de zones waar de geisers zich bevinden geothermische bronnen hebben. Door klimaatverandering wordt steeds meer gebruik gemaakt van aardwarmte. Men hoeft alleen maar vloeistoffen te onttrekken om de geothermische installatie van stroom te voorzien,hoe geisers hun bron van energie en water beginnen te verliezen. Als je dit proces lang genoeg voortzet, kunnen alle geisers verdwijnen.
Het belang van het bestuderen van geisers
Er zijn drie redenen waarom de studie van geisers belangrijk is. Ten eerste zijn geisers modellen van vulkaanuitbarstingen. We zijn geïnteresseerd in hoe ze uitbarsten, wat deze uitbarsting veroorzaakt, hoe de vloeistof naar de oppervlakte stijgt, hoe deze in de atmosfeer wordt getransporteerd. Vulkanen zijn groot en gevaarlijk, maar ze komen niet vaak uit. Geisers zijn klein en minder gevaarlijk en barsten vaak uit. Een van de dingen die we willen onderzoeken met de studie van geisers, is hoe we het uitbarstingsproces kunnen begrijpen en simuleren. We kunnen ook diverse geofysische instrumenten testen op geisers. We kunnen een seismometer gebruiken om de beweging van de aarde te meten, we kunnen elektrische en magnetische velden meten, we kunnen video opnemen en we kunnen ook proberen om al deze soorten metingen te combineren om te begrijpenwat gebeurt er tijdens de uitbarsting. En dan kunnen we proberen onze bevindingen over te brengen van kleine geisers naar grote vulkanen.
De tweede reden waarom we geïnteresseerd zijn in geisers, is omdat ze ons het vermogen geven om te begrijpen hoe de aarde water transporteert. Er zijn zogeheten geothermische systemen die we gebruiken voor geothermische energie. Geothermische systemen produceren materialen zoals goudafzettingen. Door vloeistoffen te vervoeren, kunnen we alle elementen vervoeren die erin zijn opgelost. De studie van geisers biedt ons de mogelijkheid om te zien hoe de aarde een mengsel van stoom en water transporteert.
En de derde reden is dat geisers een interessant en fascinerend fenomeen zijn. Als we begrijpen hoe de aarde vloeistoffen en energie transporteert, moeten we kunnen uitleggen hoe geisers werken. En de mate waarin we dit niet doen, geeft ons nu aan dat er basiszaken zijn over de warmteoverdracht van de aarde die we nog steeds niet weten.
Yellowstone National Park / foto: unsplash.com
Promotie video:
Geiseronderzoek begint
Het eerste moderne wetenschappelijke onderzoek naar geisers werd uitgevoerd door Robert Bunsen - hij is vooral bekend als de uitvinder van de bunsenbrander. De bunsenbrander is de kleine brander die je in je klas ziet. Zijn ontdekking leidde tot de uitvinding van spectroscopie. In 1841 publiceerde hij een artikel over metingen in een geiser in IJsland. Deze metingen zijn nog steeds relevant.
Een van de belangrijkste vragen die hij stelde was: "Waarom barst de geiser uit?" Er zijn verschillende uitbarstingsmethoden denkbaar: het kan zowel aan de bovenkant van de geiser als aan de basis beginnen. Bunsen verrichtte metingen terwijl hij steeds lager in de geiser zakte en verschillende kookpunten meet. Het moet in 1841 moeilijk zijn geweest. Desondanks voerde hij deze metingen uit in de Geysir-geiser, waaraan alle andere geisers hun naam ontleenden. Het blijkt dat er een echt object in IJsland is genaamd Geysir, en alle andere geisers zijn naar hem vernoemd.
Bunsen ontdekte dat hoe dieper we gaan, hoe hoger de watertemperatuur. Dit is ook een belangrijke eigenschap van kokend water: als de druk stijgt, daalt het kookpunt. Dus als je water van een bepaalde temperatuur op grote diepten neemt en hoger naar de oppervlakte brengt, zal de druk afnemen. Hoe dieper we gaan, hoe hoger de druk. En het tegenovergestelde zal ook waar zijn: als we van dieper naar ondieper gaan, daalt het kookpunt.
Dus we beginnen met heet water, verplaatsen het naar een lagedrukzone, het water begint te koken en er gebeurt een uitbarsting. En als we water uit de geiser blijven pompen, valt al de rest van het water onder invloed van lage druk en gaat de uitbarsting door. Dit gaat vermoedelijk door totdat het water op is. Daarna vullen we de geiser opnieuw en verwarmen deze. In andere wetenschapsgebieden wordt dit decompressiekoken genoemd. Over het algemeen is dit de belangrijkste manier waarop de aarde vulkanisch gesteente produceert. We nemen de rots, brengen deze over naar de lagedrukzone - hij smelt. Misschien werken geisers op dezelfde manier. Bunsen stelde deze theorie in 1841 voor.
De geboorte van nieuwe geisers
In een gebied waar al veel geisers bestaan, zouden in principe nieuwe objecten moeten verschijnen. Bovendien moeten ze verschijnen omdat sommigen van hen sterven. In feite begrijpen we niet helemaal wat bijdraagt aan het ontstaan van een nieuwe geiser. Er zijn suggesties dat ze verschijnen als gevolg van een explosie. Als stoom en water zich ondergronds ophopen, kan er een explosie ontstaan, een zogenaamde hydrothermische explosie. Dit gebeurt op plaatsen als Yellowstone. Het belang van de explosie is dat er een gat of holte ontstaat, die nodig is voor de geiser om water en stoom te verzamelen.
Toch slagen wetenschappers erin om geisers in laboratoria te creëren zonder grote depressies te maken. Bovendien maken wetenschappers al meer dan honderd jaar geisers in laboratoria. De methode is vrij eenvoudig: hiervoor is alleen warmte en water nodig. Wetenschappers nemen een bak met water en verwarmen het van onderaf - uiteindelijk kookt het water. Het kokende water beweegt door de geiser en er treedt een uitbarsting op. Wanneer de stoom of hitte ophoudt, stopt de uitbarsting.
De grondgedachte achter het bestuderen van geisers in het laboratorium is om te begrijpen hoe verschillende variabelen een uitbarsting beïnvloeden. Er zijn veel variabelen waarmee u rekening moet houden: hoe groot is het verwarmingsbereik, wat is de geometrie, enzovoort. Dit geeft inzicht in hoe warmte en massa worden getransporteerd in een heet systeem. Zo kunnen laboratoriumexperimenten worden gebruikt om natuurlijke geisers beter te begrijpen.
Gevolgen van opwarming van de aarde
Er zijn maar een paar plaatsen op aarde waar je geisers kunt vinden. Er is Yellowstone National Park, waar ongeveer de helft van alle geisers zich bevindt, de Valley of Geysers in Kamchatka, de Valley of Geysers El Tatio in Chili, verschillende in Nieuw-Zeeland, een paar in Afrika en nog een paar in IJsland. Ze hebben allemaal drie kenmerken.
Vallei van de geisers El Tatio, Chili / Foto: pixabay.com
De eerste is recente vulkanische activiteit. Dit is belangrijk omdat geisers warmte nodig hebben. Als er geen warmte is die jonge vulkanen bieden, is het moeilijk voor geisers om te verschijnen. Ten tweede waren de meeste van deze zones onlangs bedekt met gletsjers. Ze hadden kunnen bijdragen aan het creëren van de juiste materialen die nodig zijn om de geisers van stroom te voorzien. Water is ook nodig - dit is het derde kenmerk. De meeste van de genoemde plaatsen hebben toegang tot een grote hoeveelheid water, behalve Chili, waar geisers voorkomen in de Atacama-woestijn. Daar komt water hoogstwaarschijnlijk uit een diepe ondergrondse watervoerende laag (aquifer) en creëert het geisers.
Daarom moet het idee dat de opwarming van de aarde gevolgen kan hebben voor geisers, vreemd klinken. Maar dit is om twee redenen niet het geval. De eerste verwijst naar het feit dat geisers water nodig hebben, de afwezigheid ervan zal hen beïnvloeden. De tweede is dat het feit dat er zo weinig geisers zijn, suggereert dat ze reageren op hun omgeving. Bij koudere omstandigheden duurt het langer om de geiser op te warmen. Dit maakt koude geisers tot een interessant studieobject.
Een geiserbassin heeft meestal een reservoir met water aan de oppervlakte. Geisers barsten uit door dit bassin, dat erg gevoelig is voor veranderingen in luchttemperatuur. In Yellowstone Park is er Daisy Geyser, die in de winter minder vaak uitbarst dan in de zomer. Het is ook windgevoelig: als er een harde wind waait, koelt het zwembad af en duurt het langer voordat het uitbarst. Er kan dus worden aangenomen dat hoe warmer de aarde wordt, hoe vaker uitbarstingen zouden moeten voorkomen.
Onderzoek in Chili
Geiseronderzoek wordt over de hele wereld uitgevoerd, maar voor veel serieuze vragen zijn metingen in de geiser nodig. In Amerikaanse nationale parken mogen wetenschappers geen onderzoek doen in of zelfs in de buurt van geisers: er is altijd de mogelijkheid om de geiser te beschadigen of te beïnvloeden, en het doel van nationale parken is om het milieu te beschermen en te behouden, zodat iedereen ervan kan genieten.
Bijna alle geisers zijn nationale parken, dus wetenschappers hebben een overeenkomst gesloten met lokale gemeenschappen om geisers in Chili te bestuderen. Ze mochten bepaalde niet-geiservernietigende metingen doen, zolang ze de geisers niet schaden. Met deze overeenkomst kunnen onderzoekers de temperatuur en druk in de geiser meten, en vloeistoffen in meer detail bemonsteren en volgen dan elders mogelijk zou zijn.
Chili heeft verschillende geisers die bijzonder interessant zijn. De El Jefe-geiser, die in het Spaans "Boss" wordt genoemd, is erg mooi: hij is erg klein van formaat en de uitbarstingen bereiken een hoogte van een paar meter, iets meer dan de lengte van een man. Door zijn kleine formaat is het gemakkelijk te studeren. Bovendien is het een van de meest regelmatige geisers ter wereld. Het barst elke 140 seconden los, plus of min 1 seconde. Het maakt voor hem niet uit wat de luchttemperatuur is, +20 of -10 ° C, het maakt niet uit of het waait. Vanwege zijn regelmaat kunnen we ermee experimenteren. We kunnen metingen van binnenuit doen of wat koud water toevoegen om te bestuderen hoe lang het duurt voordat hij hersteld is. Dit alles maakt het een perfect voorbeeld van een systeem dat we als model kunnen gebruiken om basisprocessen te begrijpen.
Recente ontdekkingen
Er zijn enkele bijzonder opvallende ontdekkingen. Eén ding identificeert en bevestigt dat er grote inkepingen zijn in de buurt van de geisers, ook wel "bellenval" genoemd, wat een zeer duidelijke demonstratie is van dit principe: je kunt bellen zien opstijgen in kokend water, ze komen vast te zitten in deze inkeping, en hoe slechts een paar erin wordt genoeg, een uitbarsting begint. Deze vallen zijn meestal te herkennen aan het geluid dat bellen maken. Geluid reist door de bodem en kan worden opgenomen met een seismometer. Bovendien werden videocamera's in de geisers geplaatst en werd het verschijnen van bellen op video opgenomen. De vraag is nu alleen of dit gedrag typerend is voor alle geisers of alleen goed bestudeerd.
Het belang van een andere observatie is dat we nu de snelheid van de waterbeweging in de geiser kunnen meten. Op basis hiervan kunnen we zeggen dat ze hoogstwaarschijnlijk uitbarsten met de snelheid van het geluid. En we kunnen deze hypothese daadwerkelijk meten en testen. Het is nu belangrijk om te begrijpen of deze ontdekkingen universeel of specifiek zijn voor de specifieke bestudeerde geisers. En dit brengt ons bij veel open vragen die nog steeds geen antwoord hebben.
Yellowstone National Park / foto: unsplash.com
Open vragen
Er zijn een paar basisvragen die nog moeten worden beantwoord. Waarom bestaan er geisers? Waarom worden het niet gewoon hete bronnen? Begint de uitbarsting op de top van de geiser of gebeurt er iets belangrijks op grote diepte? Is er iets speciaals onder het aardoppervlak dat leidt tot de vorming van geisers? Kleine uitbarstingen treden meestal op vóór de hoofduitbarsting. We willen begrijpen of deze uitbarstingen een voorbereiding zijn op de belangrijkste uitbarstingen of gewoon zwakkere uitbarstingen zijn. We willen ook weten hoeveel massa en energie geisers naar de oppervlakte gaan, hoe en waarom ze exploderen onder invloed van invloed van buitenaf.
Wat betekent dit allemaal? Er zijn getijden op aarde, ze vervormen de aarde en dit kan een uitbarsting veroorzaken. Veranderingen in de natuur kunnen uitbarstingen beïnvloeden, en recente aardbevingen kunnen ook een impact hebben. Daarom willen we weten hoe dit alles precies van invloed is op de geisers en hun functionaliteit. We willen ook weten hoe snel het materiaal explodeert. In onze modellen voor het verkennen van vulkanen gaan we ervan uit dat dit gebeurt met de geluidssnelheid, maar in geisers kunnen we dit model testen. Gezien de hoeveelheid informatie die is verzameld uit recente metingen, is de kans groot dat veel van deze vragen worden beantwoord.
Michael Manga