Гейзерите са предмети, които изпиват течна вода и пара в точката на кипене. По дефиниция това, което наричаме гейзери, изригва периодично (тоест редовно) или епизодично, което означава, че интервалите от време между изригванията не винаги са еднакви. Има много други начини за класификация на гейзерите. Има гейзери големи и малки и има студени гейзери, които изхвърлят смес от течна вода и въглероден диоксид. По принцип гейзерите не са много често срещани. Някога в целия свят е имало около хиляда, но сега са около петстотин. Те изчезват, защото зоните, където са разположени гейзерите, имат геотермални ресурси. Геотермалната енергия се използва все повече и повече поради климатичните промени. Човек трябва само да започне да извлича течности за захранване на геотермалната инсталация,как гейзерите започват да губят източника си на енергия и вода. Ако продължите този процес достатъчно дълго, всички гейзери могат да изчезнат.
Значението на изучаването на гейзерите
Има три причини, поради които изследването на гейзерите е важно. Първо, гейзерите са модели на вулканични изригвания. Интересуваме се как те изригват, какво провокира това изригване, как течността се издига на повърхността, как се транспортира в атмосферата. Вулканите са големи и опасни, но те не изригват много често. Гейзерите са малки и по-малко опасни и изригват много пъти. Едно от нещата, които искаме да проучим от изследването на гейзерите, е как да разберем и симулираме процеса на изригване. Можем да тестваме и редица геофизични инструменти на гейзери. Можем да използваме сеизмометър за измерване на движението на земята, можем да измерваме електрически и магнитни полета, можем да записваме видеоклипове, а също така можем да се опитаме да комбинираме всички тези видове измервания, за да разберемкакво се случва по време на изригването. И тогава можем да се опитаме да прехвърлим нашите открития от малки гейзери до големи вулкани.
Втората причина, която ни интересува от гейзерите, е, защото те ни дават възможност да разберем как Земята транспортира вода. Има неща, наречени геотермални системи, които използваме за геотермална енергия. Геотермалните системи произвеждат материали като златни находища. Транспортирайки течности, можем да транспортираме всички разтворени в него елементи. Проучването на гейзерите ни дава възможност да видим как земята транспортира смес от пара и вода.
И третата причина е, че гейзерите са интересно и завладяващо явление. Ако разберем как Земята транспортира течности и енергия, трябва да можем да обясним как работят гейзерите. И доколко не успяваме да направим това сега ни показва, че има основни неща за топлопредаването на Земята, които все още не знаем.
Национален парк Йелоустоун / Снимка: unsplash.com
Промоционално видео:
Започват гейзерни изследвания
Първите съвременни научни изследвания на гейзерите са извършени от Робърт Бунсен - той е най-известен като изобретател на горелката Бунсен. Горелката Bunsen е малката горелка, която виждате в класната си стая. Откритието му доведе до изобретяването на спектроскопия. През 1841 г. той публикува статия за измерванията, направени вътре в гейзер в Исландия. Тези измервания са все още актуални.
Един от основните въпроси, които той зададе, беше "Защо гейзерът изригва?" Може да си представим няколко метода за изригване: той може да започне както в горната част на гейзера, така и в основата му. Бунсън направи измервания, докато потъваше все по-надолу в гейзера, измервайки различни точки на кипене. Сигурно е било трудно през 1841г. Въпреки това той извърши тези измервания в гейзера Geysir, от който всички други гейзери получиха името си. Оказва се, че в Исландия има истински обект, наречен Geysir, а всички останали гейзери са кръстени на него.
Бунсън откри, че колкото по-дълбоко отиваме, толкова по-висока е температурата на водата. Това също е важно свойство на кипящата вода: ако налягането се повиши, точката на кипене спада. По този начин, ако вземете вода с определена температура на големи дълбочини и я повдигнете по-високо към повърхността, налягането ще намалее. Колкото по-дълбоко отиваме, толкова по-високо е налягането. И обратното също ще е вярно: ако преминем от по-дълбоко към по-плитко, то температурата на кипене намалява.
Така че започваме с гореща вода, преместваме я в зона с ниско налягане, водата започва да кипи и се случва изригване. И ако продължим да изпомпваме вода от гейзера, цялата останала вода попада под влиянието на ниското налягане и изригването продължава. Вероятно това ще продължи, докато водата изтича. След това пълним гейзера и го загряваме. В други области на науката това се нарича декомпресионно кипене. По принцип това е основният начин, по който Земята произвежда вулканични скали. Взимаме скалата, прехвърляме я в зоната с ниско налягане - тя се стопява. Може би гейзерите работят по същия начин. Бунсен предложи тази теория през 1841г.
Раждането на нови гейзери
По принцип в област, където вече има много гейзери, трябва да се появят нови обекти. Освен това те трябва да се появят, защото някои от тях умират. Всъщност ние не разбираме съвсем точно какво допринася за появата на нов гейзер. Има предложения, че те се появяват в резултат на експлозия. Ако пара и вода се натрупат под земята, може да се създаде експлозия, наречена хидротермална експлозия. Това се случва на места като Йелоустоун. Значението на експлозията е, че тя създава дупка или кухина, която е необходима на гейзера за натрупване на вода и пара.
Въпреки това учените успяват да създадат гейзери в лаборатории, без да правят големи вдлъбнатини. Освен това учените създават гейзери в лаборатории повече от сто години. Методът е доста прост: всичко, което е необходимо за това, е топлината и водата. Учените вземат контейнер с вода, загряват го отдолу - в крайна сметка водата заври. Врящата вода се движи през гейзера и настъпва изригване. Когато парата или топлината свършат, изригването спира.
Обосновката на изучаването на гейзерите в лабораторията е да се разбере как различните променливи влияят на изригването. Има много променливи, които трябва да се вземат предвид: колко голям е обхватът на отопление, каква е геометрията и т.н. Това дава представа за това как топлината и масата се транспортират в гореща система. По този начин лабораторните експерименти могат да бъдат използвани за по-добро разбиране на естествените гейзери.
Последици от глобалното затопляне
На Земята има само няколко места, където можете да намерите гейзери. Има Национален парк Йелоустоун, където се намират около половината от всички гейзери, Долината на гейзерите в Камчатка, Долината на гейзерите Ел Татио в Чили, няколко са в Нова Зеландия, няколко са в Африка, а още няколко са в Исландия. Всички те имат три характеристики.
Долина на гейзерите Ел Татио, Чили / Снимка: pixabay.com
Първият е скорошна вулканична дейност. Това е важно, тъй като гейзерите се нуждаят от топлина. Ако няма топлина, която осигуряват младите вулкани, за гейзерите е трудно да се появят. Второ, повечето от тези зони наскоро бяха покрити с ледници. Те биха могли да допринесат за създаването на правилния вид материали, необходими за захранване на гейзерите. Нужна е и вода - това е третата характеристика. Повечето от посочените места имат достъп до голям обем вода, с изключение на Чили, където в пустинята Атакама се намират гейзери. Там водата, най-вероятно, идва от дълбок подземен водоносен хоризонт (водоносен хоризонт) и създава гейзери.
Следователно идеята, че глобалното затопляне може да засегне гейзерите, трябва да звучи странно. Но това не е така по две причини. Първият се отнася до факта, че гейзерите се нуждаят от вода, отсъствието му ще ги засегне. Второто е, че фактът, че има толкова малко гейзери, подсказва, че те отговарят на околната среда. В по-студени условия е необходимо повече време, за да се загрее гейзерът. Това прави студените гейзери интересен обект на проучване.
Басейнът с гейзер обикновено има резервоар с вода на повърхността. През този басейн изригват гейзери, които са много чувствителни към промените в температурата на въздуха. В Йелоустоун парк има Дейзи Гейзер, който изригва по-рядко през зимата, отколкото през лятото. Чувствителен е и към вятър: ако духа силен вятър, басейнът се охлажда и отнема повече време, за да изригне. Така може да се предположи, че колкото по-топла става Земята, толкова по-често трябва да се случват изригвания.
Изследвания в Чили
Гейзерните изследвания се извършват по целия свят, но много сериозни въпроси изискват измервания вътре в гейзера. В американските национални паркове учените нямат право да провеждат изследвания вътре или дори в близост до гейзерите: винаги има възможност да се повреди или повлияе на гейзера, а целта на националните паркове е да опазват и съхраняват околната среда, така че всеки да може да се наслаждава на нея.
Почти всички гейзери са национални паркове, така че учените са разработили споразумение с местните общности за изучаване на гейзерите в Чили. На тях беше разрешено да извършват определени измервания, които не унищожават гейзерите, стига да не навредят на гейзерите. Това споразумение позволява на изследователите да измерват температурата и налягането вътре в гейзера, както и да вземат проби и да наблюдават течностите по-подробно, отколкото би било възможно навсякъде другаде.
В Чили има няколко гейзера, които са особено интересни. Гейзерът El Jefe, който на испански се нарича "Boss", е много красив: той е с малки размери, а изригванията му достигат височина от няколко метра, малко повече от ръста на мъжа. Поради малкия си размер е лесно да се изучава. Освен това той е един от най-редовните гейзери в света. Изригва на всеки 140 секунди плюс или минус 1 секунда. За него няма значение каква е температурата на въздуха, +20 или -10 ° C, няма значение дали вятърът духа. Поради неговата закономерност можем да експериментираме върху него. Можем да направим измервания отвътре или да добавим малко студена вода, за да проучим колко време ще отнеме той да се възстанови. Всичко това го прави перфектен пример за система, която можем да използваме като модел за разбиране на основни процеси.
Последни открития
Има някои особено поразителни открития. Едно нещо идентифицира и потвърждава, че в близост до гейзерите има големи прорези, наричани понякога "капан за балончета", което е много ясна демонстрация на този принцип: можете да видите мехурчета, които се вдигат във вряща вода, те се хванат в капан в тази прорез и как само двойка в него става достатъчно, започва изригване. Тези капани обикновено се разпознават по звука, който изпускат мехурчета. Звукът пътува през почвата и може да бъде записан със сеизмометър. В допълнение, видеокамерите бяха поставени вътре в гейзерите, а появата на мехурчета беше записана на видео. Въпросът сега е само дали това поведение е типично за всички гейзери или само добре проучени.
Значението на друго наблюдение е, че вече сме в състояние да измерим скоростта на движение на водата вътре в гейзера. Въз основа на това можем да кажем, че те най-вероятно изригват със скоростта на звука. И всъщност можем да измерим и тестваме тази хипотеза. Сега е важно да разберем дали тези открития са универсални или специфични за конкретните изследвани гейзери. И това ни отвежда до много отворени въпроси, на които все още няма отговор.
Национален парк Йелоустоун / Снимка: unsplash.com
Отворени въпроси
Има няколко основни въпроса, на които все още не трябва да се отговори. Защо съществуват гейзери? Защо просто не станат горещи извори? Изригването започва от върха на гейзера или се случва нещо важно на големи дълбочини? Има ли нещо специално под повърхността на земята, което да доведе до образуването на гейзери? Малки изригвания обикновено се появяват преди основното изригване. Искаме да разберем дали тези изригвания са подготовка за основните изригвания или просто са по-слаби изригвания. Искаме също така да знаем колко масови и енергийни гейзери се пренасят на повърхността, как и защо те експлодират под въздействието на външно влияние.
Какво означава всичко това? На Земята има приливи и отливи, те деформират земята и това може да причини изригване. Промените в природата могат да повлияят на изригванията и скорошните земетресения също могат да окажат влияние. Затова искаме да знаем как точно всичко това се отразява на гейзерите и тяхната функционалност. Искаме също така да знаем колко бързо избухва материалът. В нашите модели за изследване на вулкани приемаме, че това се случва със скоростта на звука, но при гейзерите можем да тестваме този модел. Като се има предвид колко информация е събрана от последните измервания, има голям шанс да се отговори на много от тези въпроси.
Майкъл Манга