Geysirer er gjenstander som tapper flytende vann og damp på kokepunktet. Per definisjon er det vi kaller geysirer utbrudd enten med jevne mellomrom (det vil si regelmessig) eller episodisk, noe som betyr at tidsintervallene mellom utbrudd ikke alltid er de samme. Det er mange andre måter å klassifisere geysirer på. Det er geysirer store og små, og det er kalde geysirer som spyr ut en blanding av flytende vann og karbondioksid. Generelt er geysirer ikke veldig vanlige. En gang i hele verden var det omtrent tusen, men nå er det omtrent fem hundre. De forsvinner fordi sonene der geysirene befinner seg har geotermiske ressurser. Geotermisk energi blir brukt mer og mer på grunn av klimaendringer. Man må bare begynne å trekke ut væsker for å drive den geotermiske installasjonen,hvordan geysirer begynner å miste energikilden og vannet. Hvis du fortsetter denne prosessen lenge nok, kan alle geysirer forsvinne.
Viktigheten av å studere geysirer
Det er tre grunner til at studiet av geysirer er viktig. For det første er geysirer modeller av vulkanutbrudd. Vi er interessert i hvordan de bryter ut, hva som provoserer dette utbruddet, hvordan væsken stiger til overflaten, hvordan den transporteres ut i atmosfæren. Vulkaner er store og farlige, men de bryter ikke ut veldig ofte. Geysirer er små og mindre farlige og bryter ut mange ganger. Noe av det vi ønsker å undersøke fra studiet av geysirer, er hvordan vi kan forstå og simulere utbruddet. Vi kan også teste en rekke geofysiske instrumenter på geysirer. Vi kan bruke et seismometer for å måle jordens bevegelse, vi kan måle elektriske og magnetiske felt, vi kan spille inn videoer, og vi kan også prøve å kombinere alle disse typer målinger for å forståhva som skjer under utbruddet. Og så kan vi prøve å overføre funnene våre fra små geysirer til store vulkaner.
Den andre grunnen til at vi er interessert i geysirer, er fordi de gir oss muligheten til å forstå hvordan Jorden transporterer vann. Det er ting som heter geotermiske systemer som vi bruker til geotermisk energi. Geotermiske systemer produserer materialer som gullforekomster. Ved å transportere væsker, kan vi transportere alle elementene som er oppløst i den. Studiet av geysirer skaper en mulighet for oss å se hvordan jorden transporterer en blanding av damp og vann.
Og den tredje grunnen er at geysirer er et interessant og fascinerende fenomen. Hvis vi forstår hvordan Jorden transporterer væsker og energi, må vi kunne forklare hvordan geysirer fungerer. Og i hvilken grad vi ikke klarer å gjøre dette, indikerer for oss at det er grunnleggende ting ved jordoverføringen som vi fremdeles ikke vet.
Yellowstone nasjonalpark / foto: unsplash.com
Salgsfremmende video:
Geyserforskning begynner
Den første moderne vitenskapelige forskningen på geysirer ble utført av Robert Bunsen - han er mest kjent som oppfinneren av Bunsen-brenneren. Bunsen-brenneren er den lille brenneren du ser i klasserommet. Hans oppdagelse førte til oppfinnelsen av spektroskopi. I 1841 publiserte han en artikkel om målinger tatt i en geysir på Island. Disse målingene er fortsatt relevante.
Et av hovedspørsmålene han stilte var "Hvorfor er geyseren i utbrudd?" Det kan tenkes flere utbruddsmetoder: det kan begynne både på toppen av geyseren og ved basen. Bunsen foretok målinger mens han sank ned og ned i geyseren, og målte forskjellige kokepunkter. Det må ha vært vanskelig i 1841. Likevel utførte han disse målingene i Geysir-geyseren, som alle andre geysirer fikk navnet sitt fra. Det viser seg at det er en ekte gjenstand på Island som heter Geysir, og alle andre geysirer er oppkalt etter ham.
Bunsen fant ut at jo dypere vi går, jo høyere er vanntemperaturen. Dette er også en viktig egenskap ved kokende vann: hvis trykket stiger, synker kokepunktet. Så hvis du tar vann med en viss temperatur på store dyp og hever det høyere til overflaten, vil trykket synke. Jo dypere vi går, jo høyere er presset. Og det motsatte vil også være sant: hvis vi beveger oss fra dypere til grunnere, reduseres kokepunktet.
Så vi starter med varmt vann, flytter det til en lavtrykksone, vannet begynner å koke, og et utbrudd skjer. Og hvis vi fortsetter å pumpe vann ut av geyseren, faller alt resten av vannet under påvirkning av lavtrykk, og utbruddet fortsetter. Antagelig vil dette fortsette til vannet renner ut. Så fyller vi på geyseren og varmer den opp. I andre vitenskapsfelt kalles dette dekompresjonskoking. Generelt er dette den viktigste måten Jorden produserer vulkanske bergarter på. Vi tar berget, overfører den til lavtrykkssonen - den smelter. Kanskje fungerer geysirer på samme måte. Bunsen foreslo denne teorien i 1841.
Fødselen til nye geysirer
I prinsippet, i et område der mange geysirer allerede eksisterer, bør nye objekter vises. Dessuten må de vises fordi noen av dem dør. Faktisk forstår vi ikke helt hva som bidrar til fremveksten av en ny geysir. Det er forslag om at de vises som et resultat av en eksplosjon. Hvis damp og vann samler seg under jorden, kan det oppstå en eksplosjon, kalt en hydrotermisk eksplosjon. Dette skjer på steder som Yellowstone. Viktigheten av eksplosjonen er at den skaper et hull eller et hulrom, som er nødvendig for at geyseren skal samle vann og damp.
Likevel klarer forskere å skape geysirer i laboratorier uten å gjøre store depresjoner. Videre har forskere skapt geysirer i laboratorier i over hundre år. Metoden er ganske enkel: Alt som trengs for dette er varme og vann. Forskere tar en beholder med vann, varm den opp nedenfra - etter hvert koker vannet. Det kokende vannet beveger seg gjennom geyseren og det oppstår et utbrudd. Når dampen eller varmen slutter, stopper utbruddet.
Begrunnelsen bak å studere geysirer i laboratoriet er å forstå hvordan forskjellige variabler påvirker et utbrudd. Det er mange variabler du må ta i betraktning: hvor stort er varmeområdet, hva er geometrien og så videre. Dette gir et innblikk i hvordan varme og masse transporteres i et varmt system. Dermed kan laboratorieeksperimenter brukes til å bedre forstå naturlige geysirer.
Konsekvenser av global oppvarming
Det er bare noen få steder på jorden hvor du kan finne geysirer. Det er Yellowstone nasjonalpark, hvor omtrent halvparten av alle geysirer ligger, Valley of Geysers i Kamchatka, Valley of Geysers El Tatio i Chile, flere er i New Zealand, noen få er i Afrika, og noen få til er på Island. De har alle tre egenskaper.
Geysers Valley El Tatio, Chile / Foto: pixabay.com
Den første er nylig vulkansk aktivitet. Dette er viktig ettersom geysirer trenger varme. Hvis det ikke er varme som unge vulkaner gir, er geysirer vanskelig å vises. For det andre var de fleste av disse sonene nylig dekket med breer. De kan bidra til å lage riktig type materialer som er nødvendige for å gi geiser. Vann er også nødvendig - dette er den tredje funksjonen. De fleste av de navngitte stedene har tilgang til store vannmengder, bortsett fra Chile, der geysirer finnes i Atacama-ørkenen. Der kommer vann, mest sannsynlig, fra en dyp underjordisk akvifer (akvifer) og skaper geysirer.
Følgelig må ideen om at global oppvarming kan påvirke geysirer høres rart ut. Men dette er ikke tilfelle av to grunner. Den første refererer til det faktum at geysirer trenger vann, dets fravær vil påvirke dem. Det andre er at det faktum at det er så få geysirer, tyder på at de reagerer på miljøet. Under kaldere forhold tar det lengre tid å varme opp geiseren. Dette gjør kalde geysirer til et interessant studieobjekt.
Et geyserkum har vanligvis et reservoar med vann ved overflaten. Geysirer bryter ut gjennom dette bassenget, som er veldig følsomt for endringer i lufttemperatur. I Yellowstone Park er det Daisy Geyser, som utbryter sjeldnere om vinteren enn om sommeren. Det er også følsomt for vind: hvis det blåser en sterk vind, kjøles bassenget ned og tar lenger tid å bryte ut. Dermed kan det antas at jo varmere Jorden blir, jo oftere bør det oppstå utbrudd.
Forskning i Chile
Geyser-forskning utføres over hele verden, men mange alvorlige spørsmål krever måling inne i geyseren. I amerikanske nasjonalparker har forskere ikke lov til å forske i eller i nærheten av geysirer: det er alltid muligheten for å skade eller påvirke geysiren, og målet med nasjonalparkene er å beskytte og bevare miljøet, slik at alle kan glede seg over det.
Nesten alle geysirer er nasjonalparker, så forskere har utarbeidet en avtale med lokalsamfunn om å studere geysirer i Chile. De fikk ta visse målinger som ikke ødelegger geiser, så lenge de ikke skadet geysirene. Denne avtalen gjør det mulig for forskere å måle temperaturen og trykket inne i geyseren, samt prøve og overvåke væsker mer detaljert enn det som er mulig andre steder.
Chile har flere geysirer som er spesielt interessante. El Jefe geyseren, som på spansk kalles "Boss", er veldig vakker: den er veldig liten i størrelse, og dens utbrudd når en høyde på et par meter, litt mer enn en manns høyde. På grunn av den lille størrelsen er den enkel å studere. Dessuten er det en av de mest vanlige geysirene i verden. Det bryter ut hvert 140 sekund, pluss eller minus 1 sekund. Det betyr ikke noe for ham hva lufttemperaturen er, +20 eller -10 ° C, det spiller ingen rolle om vinden blåser. På grunn av dens regelmessighet kan vi eksperimentere med det. Vi kan ta målinger fra innsiden eller legge til litt kaldt vann for å studere hvor lang tid det vil ta før han blir frisk. Alt dette gjør det til et perfekt eksempel på et system som vi kan bruke som modell for å forstå grunnleggende prosesser.
Nyere funn
Det er noen spesielt slående funn. En ting identifiserer og bekrefter at det er store hakk i nærheten av geysirene, noen ganger kalt "boblefeller", som er en veldig tydelig demonstrasjon av dette prinsippet: du kan se bobler som stiger i kokende vann, de blir fanget i dette hakket, og hvordan bare et par i det blir nok, begynner et utbrudd. Disse fellene gjenkjennes vanligvis av lyden som boblene lager. Lyd beveger seg gjennom jorda og kan spilles inn med et seismometer. I tillegg ble videokameraer plassert inne i geysirene, og utseendet til bobler ble spilt inn på video. Spørsmålet er nå bare om denne oppførselen er typisk for alle geysirer eller bare godt studerte.
Viktigheten av en annen observasjon er at vi nå er i stand til å måle hastigheten på vannbevegelse inne i geyseren. Basert på dette kan vi si at de mest sannsynlig bryter ut med lydens hastighet. Og vi kan faktisk måle og teste denne hypotesen. Det er nå viktig å forstå om disse funnene er universelle eller spesifikke for de bestemte geysirene som er studert. Og dette bringer oss til mange åpne spørsmål som fremdeles ikke har noe svar.
Yellowstone nasjonalpark / foto: unsplash.com
Åpne spørsmål
Det er noen få grunnleggende spørsmål som ennå ikke er besvart. Hvorfor eksisterer geysirer? Hvorfor blir de ikke bare varme kilder? Starter utbruddet på toppen av geyseren eller skjer det noe viktig på store dyp? Er det noe spesielt under jordoverflaten som fører til dannelse av geysirer? Små utbrudd forekommer vanligvis før hovedutbruddet. Vi ønsker å forstå om disse utbruddene er forberedelse til de viktigste utbruddene, eller er det bare svakere utbrudd. Vi ønsker også å vite hvor mye masse og energi geysirer overfører til overflaten, hvordan og hvorfor de eksploderer under påvirkning av påvirkning utenfra.
Hva betyr alt dette? Det er tidevann på jorden, de deformerer jorden, og dette kan forårsake et utbrudd. Endringer i naturen kan påvirke utbrudd, og nyere jordskjelv kan også ha innvirkning. Derfor ønsker vi å vite hvordan nøyaktig alt dette påvirker geysirene og deres funksjonalitet. Vi vil også vite hvor raskt materialet eksploderer. I modellene våre for å utforske vulkaner antar vi at dette skjer med lydens hastighet, men i geysirer kan vi teste denne modellen. Gitt hvor mye informasjon som er samlet inn fra nylige målinger, er det en god sjanse for at mange av disse spørsmålene blir besvart.
Michael Manga
