A gejzírek olyan tárgyak, amelyek forráspontjukon folyékony vizet és gőzt forognak. A definíció szerint a gejzíreknek nevezett időszakok periodikusan (vagyis rendszeresen) vagy epizódikusan kitörnek, ami azt jelenti, hogy a kitörések közötti időköz nem mindig azonos. A gejzírek osztályozása sokféleképpen történhet. Vannak nagy és kicsi gejzírek, és vannak hideg gejzírek, amelyek folyékony víz és szén-dioxid keverékét forgatják. A gejzírek általában nem nagyon gyakoriak. Az egész világban egyszer körülbelül ezer volt, de most körülbelül ötszáz. Eltűnnek, mivel azokban a zónákban, ahol a gejzírek találhatók, geotermikus erőforrások vannak. A geotermikus energiát az éghajlatváltozás miatt egyre inkább használják. Csak a folyadékok kinyerését kell elkezdenie a geotermikus létesítmény táplálásához,hogy a gejzírek elveszítik az energiaforrást és a vizet. Ha elég hosszú ideig folytatja ezt a folyamatot, akkor minden gejzír eltűnik.
A gejzírek tanulásának fontossága
Három oka van annak, hogy a gejzírek tanulmányozása fontos. Először: a gejzírek a vulkáni kitörések modelljei. Érdeklődésünk az, hogy kitörnek, mi provokálja ezt a kitörést, hogyan emelkedik fel a folyadék a felszínre, hogyan jut át a légkörbe. A vulkánok nagyok és veszélyesek, de nem feltörnek gyakran. A gejzírek kicsik és kevésbé veszélyesek, és többször kitörnek. Az egyik dolog, amelyet a gejzírek tanulmányozásakor kívánunk megvizsgálni, a kitörési folyamat megértése és szimulálása. Megvizsgálhatunk egy sor geofizikai műszert gejzíreken is. Seismométerrel mérhetjük a föld mozgását, megmérhetjük az elektromos és mágneses tereket, videofelvételeket készíthetünk, és megpróbálhatjuk ezeket a mérési módszereket kombinálni a megértés érdekébenmi történik a kitörés során? És akkor megpróbálhatjuk átvinni eredményeinket a kis gejzírekből a nagy vulkánokba.
A második ok, amiért érdekli a gejzírek, azért van, mert képesek megérteni, hogy a Föld hogyan szállítja a vizet. Vannak dolgok, amelyeket geotermikus rendszereknek nevezünk, amelyeket geotermikus energiának használunk. A geotermikus rendszerek olyan anyagokat termelnek, mint az aranylerakódások. Folyadékok szállításával az összes elemet fel lehet szállítani benne. A gejzírek tanulmányozása lehetőséget teremt számunkra, hogy megfigyeljük, hogyan szállítja a föld gőz és víz keverékét.
És a harmadik ok az, hogy a gejzírek érdekes és lenyűgöző jelenség. Ha megértjük, hogyan szállítja a Föld a folyadékokat és az energiát, meg kell tudnunk magyarázni a gejzírek működését. És az, hogy mennyire nem sikerül ezt megtennünk, azt jelzi számunkra, hogy vannak olyan alapvető dolgok a Föld hőátadásáról, amelyeket még nem tudunk.
Yellowstone Nemzeti Park / Fotó: unsplash.com
Promóciós videó:
Megkezdődik a gejzír kutatás
Az első modern tudományos kutatást a geizerről Robert Bunsen végezte - ő a legismertebb a Bunsen égő feltalálója. A Bunsen égő az a kis égõ, amelyet az osztálytermében látsz. Felismerése a spektroszkópia feltalálásához vezetett. 1841-ben publikált egy cikket az izlandi gejzír belsejében elvégzett mérésekről. Ezek a mérések továbbra is relevánsak.
Az egyik legfontosabb kérdés: "Miért jön fel a gejzír?" Számos kitörési módszert elképzelni lehet: mind a gejzír tetején, mind pedig annak alján kezdődhet. Bunsen elvégezte a méréseket, amikor egyre alacsonyabban süllyedt el a gejzírbe, mérve a különböző forráspontokat. Nehéz lehetett 1841-ben. Ennek ellenére ezeket a méréseket a Geysir gejzírben végezte, ahonnan az összes többi gejzír megkapta a nevét. Kiderül, hogy Izlandon van egy valódi tárgy, Geysir néven, és az összes többi gejzír nevét nevezik.
Bunsen megállapította, hogy minél mélyebbre megyünk, annál magasabb a víz hőmérséklete. Ez is a forrásban lévő víz fontos tulajdonsága: ha a nyomás megemelkedik, a forráspont csökken. Így ha nagy hőmérsékleten vett bizonyos hőmérsékleten vizet, és magasabbra emelné a felszínre, akkor a nyomás csökkenni fog. Minél mélyebbre megyünk, annál nagyobb a nyomás. És az ellenkezője is igaz: ha mélyebbről sekélyre haladunk, akkor a forráspont csökken.
Tehát forró vízzel kezdjük, alacsony nyomású zónába helyezzük, a víz forrni kezd, és kitörés történik. És ha folytatjuk a víz szivattyúzását a gejzírből, az összes többi víz alacsony nyomás alá kerül, és a kitörés folytatódik. Ez valószínűleg addig folytatódik, amíg a víz kifogy. Ezután újratöltjük a gejzír és melegítjük fel. A tudomány más területein ezt dekompressziós forrásnak hívják. Általában ez a fő mód a Föld vulkáni kőzetek előállítására. Fogjuk a sziklát, átvisszük az alacsony nyomású zónába - megolvad. Talán a gejzírek ugyanúgy működnek. Bunsen 1841-ben javasolta ezt az elméletet.
Új gejzír születése
Elvben egy olyan területen, ahol már létezik sok gejzír, új objektumoknak kell megjelenniük. Sőt, akkor is meg kell jelenniük, mert néhányuk meghal. Valójában nem egészen értjük, mi járul hozzá egy új gejzír megjelenéséhez. Vannak olyan javaslatok, amelyek robbanás eredményeként jelennek meg. Ha a gőz és a víz felhalmozódik a föld alatt, robbanás keletkezhet, amelyet hidrotermikus robbanásnak hívnak. Ez olyan helyeken történik, mint például a Yellowstone. A robbanás lényege, hogy lyukat vagy üreget hoz létre, amely a gejzír számára szükséges a víz és a gőz felhalmozódásához.
Ennek ellenére a laboratóriumokban a tudósoknak sikerül gejzisereket létrehozni anélkül, hogy nagy depressziókat okoznának. Sőt, a tudósok több mint száz éve laboratóriumokban készítenek gejzíreket. A módszer nagyon egyszerű: ehhez csak hőre és vízre van szükség. A tudósok egy edényt vizet vesznek, alulról melegítik fel - végül a víz felforr. A forrásban lévő víz áthalad a gejzírön, és kitörés lép fel. Amikor a gőz vagy a hő véget ér, a kitörés leáll.
A gejzírok laboratóriumi tanulmányozásának oka annak megértése, hogy a különféle változók miként befolyásolják a kitörést. Számos változót kell figyelembe venni: mekkora a fűtési tartomány, milyen a geometria stb. Ez betekintést nyújt a hő és a tömeg szállításába egy forró rendszerben. Így laboratóriumi kísérletek felhasználhatók a természetes gejzírek jobb megértésére.
A globális felmelegedés következményei
A földön csak néhány hely található, ahol gejzírek találhatók. Van egy Yellowstone Nemzeti Park, ahol az összes gejzírnek körülbelül a fele található, a gejzír-völgy Kamcsatkában, a gejzírek-völgy El Tatio chilei, több Új-Zélandon, néhány Afrikában, és néhány további Izlandon. Mindegyiknek három jellemzője van.
Geizerok völgye El Tatio, Chile / Fotó: pixabay.com
Az első a közelmúltbeli vulkáni tevékenység. Ez fontos, mivel a gejzíreknek melegre van szükségük. Ha nincs melegség, amelyet a fiatal vulkánok biztosítanak, nehéz a gejzírek megjelenése. Másodszor, a zónák többségét nemrégiben gleccserek borították. Hozzájárultak a megfelelő anyagok létrehozásához, amelyek szükségesek a gejzírek táplálásához. Vízre is szükség van - ez a harmadik funkció. A megnevezett helyek többségéhez nagy mennyiségű víz hozzáférhető, kivéve Chilet, ahol gejzírek találhatók az Atacama-sivatagban. Ott a víz valószínűleg egy mély föld alatti víztartó rétegből (víztartó rétegből) származik, és gejzíreket hoz létre.
Következésképpen annak a gondolatnak, hogy a globális felmelegedés befolyásolhatja a gejzíreket, furcsának kell lennie. De két okból nem ez a helyzet. Az első arra a tényre utal, hogy a gejzíreknek vízre van szükségük, ennek hiánya befolyásolja őket. A második az, hogy az a tény, hogy oly kevés gejzír van, azt sugallja, hogy reagálnak környezetükre. Hidegebb körülmények között a gejzír felmelegítése hosszabb ideig tart. Ez a hideg gejzíreket érdekes tárgyakká teszi.
A gejzír-medence felszínén általában víztartály található. A gejzírek kitörnek ezen a medencén, amely nagyon érzékeny a levegő hőmérsékletének változására. A Yellowstone Parkban található a Daisy Geyser, amely télen ritkábban fordul elő, mint nyáron. A szélre is érzékeny: ha erős szél fúj, a medence lehűti és hosszabb ideig tart a kitörés. Tehát feltételezhető, hogy minél melegebb lesz a Föld, annál gyakrabban fordul elő kitörések.
Kutatás Chilében
A gejzír kutatást az egész világon végzik, de sok komoly kérdés megköveteli a gejzíron belüli méréseket. Az Egyesült Államok nemzeti parkjaiban a tudósok nem végezhetnek kutatást gejzírekben vagy akár azok közelében: mindig van lehetőség a gejzír károsítására vagy befolyásolására, és a nemzeti parkok célja a környezet védelme és megőrzése, hogy mindenki élvezhesse.
Szinte minden gejzír nemzeti park, tehát a tudósok megállapodást kötöttek a helyi közösségekkel a gejzírek tanulmányozására Chilében. Megengedték számukra, hogy bizonyos nem gejzír pusztító méréseket végezzenek, amíg azok nem ártanak a gejzíreknek. Ez a megállapodás lehetővé teszi a kutatók számára, hogy a hőmérsékletet és a nyomást megmérjék a gejzír belsejében, valamint részletesebben mintákat vegyenek és ellenőrizzék a folyadékokat, mint másutt lehetséges.
Chilenek számos gejzírja van, amelyek különösen érdekesek. Az El Jefe gejzír, amelyet spanyolul "Boss" -nak hívnak, nagyon szép: nagyon kicsi, kitörései elérnek néhány méter magasságot, valamivel többet, mint egy ember magassága. Kis mérete miatt könnyű tanulni. Sőt, ez a világ egyik legszabályosabb gejzírje. Kiürül 140 másodpercenként, plusz vagy mínusz 1 másodpercenként. Nem számít, mi a levegő hőmérséklete +20 vagy -10 ° C, nem számít, ha fúj a szél. Szabályszerűsége miatt kísérletezhetünk rajta. Végezhetünk méréseket belülről, vagy adhatunk hozzá hideg vizet, hogy megvizsgáljuk, meddig tart a gyógyulás. Ez mind tökéletes példát jelent egy olyan rendszerre, amelyet modellként használhatunk az alapvető folyamatok megértéséhez.
Legutóbbi felfedezések
Van néhány különösen feltűnő felfedezés. Egy dolog azonosítja és megerősíti, hogy a gejzírek közelében vannak nagy bevágások, amelyeket néha "buborékcsapdának" hívnak, ami ezt az elvet egyértelműen demonstrálja: láthatja, hogy a forrásban lévő vízben buborékok emelkednek, beragadnak ebbe a bevágásba, és hogy csak egy pár benne lesz elegendő, kitörés kezdődik. Ezeket a csapdákat általában a buborék által keltett hang felismeri. A hang áthalad a talajon, és szeizmométerrel rögzíthető. Ezen felül videokamerákat helyeztek el a gejzírekbe, és a buborékok megjelenését rögzítették a videón. A kérdés csak az, hogy ez a viselkedés jellemző-e az összes gejzírre, vagy csak a jól tanulmányozottokra.
Egy másik megfigyelés fontos, hogy most már meg tudjuk mérni a víz mozgásának sebességét a gejzírben. Mindezek alapján elmondhatjuk, hogy valószínűleg a hangsebességgel kitörnek. És valójában megmérhetjük és tesztelhetjük ezt a hipotézist. Fontos megérteni, hogy ezek a felfedezések univerzálisak-e, vagy specifikusak-e az adott vizsgált gejzírre. És ez sok nyitott kérdéshez vezet minket, amelyekre még mindig nincs válasz.
Yellowstone Nemzeti Park / Fotó: unsplash.com
Nyílt kérdések
Van néhány alapvető kérdés, amelyet még meg kell válaszolni. Miért vannak gejzírek? Miért nem válnak csak forró forrásokká? A kitörés a gejzír tetején kezdődik, vagy nagyon mélyen történik valami fontos esemény? Van valami különleges a föld felszínén, ami gejzírek kialakulásához vezet? Kicsi kitörések általában a fő kitörés előtt fordulnak elő. Meg akarjuk tudni, hogy ezek a kitörések felkészülnek-e a fő kitörésekre, vagy egyszerűen csak gyengébb kitörések. Azt is szeretnénk tudni, hogy mennyi tömeg- és energiageizer kerül a felszínre, hogyan és miért robbannak fel külső behatás hatására.
Mit jelent ez az egész? Vannak dagályok a Földön, deformálják a Földet, és ez kitörést okozhat. A természet változásai hatással lehetnek a kitörésekre, és a közelmúltbeli földrengések is hatással lehetnek. Ezért azt szeretnénk tudni, hogy pontosan ez hogyan befolyásolja a gejzíreket és azok működését. Azt is tudni akarjuk, hogy az anyag milyen gyorsan robbant fel. A vulkánok feltárására szolgáló modellünkben feltételezzük, hogy ez hangsebességgel történik, de gejzírekben ezt a modellt kipróbálhatjuk. Tekintettel arra, hogy mennyi információt gyűjtöttek a közelmúltbeli mérésekből, nagy esély van arra, hogy ezekre a kérdésekre sok választ megválaszolnak.
Michael Manga