Geyserit ovat esineitä, jotka kiertävät nestemäistä vettä ja höyryä kiehumispisteessään. Määritelmän mukaan geystereiksi puhkeaminen tapahtuu joko ajoittain (toisin sanoen säännöllisesti) tai jaksoittain, mikä tarkoittaa, että purkausten väliset aikavälit eivät aina ole samat. Geiserien luokittelua on monia muita tapoja. On geisoreita, suuria ja pieniä, ja on kylmiä geyserejä, jotka kiertävät seosta nestemäistä vettä ja hiilidioksidia. Geyserit eivät yleensä ole kovin yleisiä. Aikaisemmin koko maailmassa niitä oli noin tuhat, mutta nyt niitä on noin viisisataa. Ne katoavat, koska vyöhykkeillä, joissa geyserit sijaitsevat, on geotermisiä resursseja. Geotermistä energiaa käytetään yhä enemmän ilmastonmuutoksen vuoksi. On vain aloitettava nesteiden uutto geotermisen asennuksen käyttämiseksi,kuinka geyserit alkavat menettää energialähteensä ja vettä. Jos jatkat tätä prosessia tarpeeksi kauan, kaikki geysyrit voivat kadota.
Geizerien tutkimuksen merkitys
On kolme syytä, miksi geyserien tutkiminen on tärkeää. Ensinnäkin geysirit ovat malleja tulivuorenpurkauksista. Olemme kiinnostuneita siitä, kuinka ne purkautuvat, mikä provosoi tämän purkauksen, miten neste nousee pintaan, miten se kulkeutuu ilmakehään. Tulivuoret ovat suuria ja vaarallisia, mutta ne eivät purkaudu usein. Geyserit ovat pieniä ja vähemmän vaarallisia ja purkautuvat monta kertaa. Yksi asioista, joita haluamme tutkia geyserien tutkimuksesta, on kuinka purkausprosessi ymmärretään ja simuloidaan. Voimme testata myös erilaisia geofysikaalisia instrumentteja geysereillä. Voimme käyttää seismometriä mitata maan liikettä, pystymme mittaamaan sähkö- ja magneettikenttiä, voimme nauhoittaa videoita ja voimme myös yrittää yhdistää kaikki nämä mittaustyypit ymmärtääksemmemitä tapahtuu purkauksen aikana. Ja sitten voimme yrittää siirtää havaintomme pienistä geysereistä suuriin tulivuoreihin.
Toinen syy siihen, että olemme kiinnostuneita geysyreistä, on se, että ne antavat meille kyvyn ymmärtää kuinka maa kuljettaa vettä. On olemassa asioita, joita kutsutaan geotermisiksi järjestelmiksi, joita käytämme geotermiseen energiaan. Geotermiset järjestelmät tuottavat materiaaleja, kuten kultaesiintymiä. Kuljettamalla nesteitä voimme kuljettaa kaikki siihen liuenneet elementit. Geyserien tutkimus luo meille mahdollisuuden nähdä, kuinka maa kuljettaa höyryn ja veden seoksen.
Ja kolmas syy on, että geysirit ovat mielenkiintoinen ja kiehtova ilmiö. Jos ymmärrämme, kuinka maapallo kuljettaa nesteitä ja energiaa, meidän on kyettävä selittämään, kuinka geyserit toimivat. Ja se, missä määrin me emme tee tätä, osoittaa meille, että maapallon lämmönsiirrossa on joitain perusedellytyksiä, joita emme vieläkään tiedä.
Yellowstonen kansallispuisto / Kuva: unsplash.com
Mainosvideo:
Geyseritutkimus alkaa
Ensimmäisen nykyaikaisen tieteellisen tutkimuksen geysireistä teki Robert Bunsen - hänet tunnetaan parhaiten Bunsen-polttimen keksijänä. Bunsen-poltin on pieni poltin, jonka näet luokkahuoneessasi. Hänen löytönsä johti spektroskopian keksintöön. Vuonna 1841 hän julkaisi artikkelin Islannin geyserin sisällä tehdyistä mittauksista. Nämä mittaukset ovat edelleen merkityksellisiä.
Yksi hänen esittämistä tärkeimmistä kysymyksistä oli "Miksi geyseri purkautuu?" Purkamismenetelmiä voidaan kuvitella useita: se voi alkaa sekä geyserin yläosasta että sen pohjasta. Bunsen teki mittauksia laskiessaan ala-alalle geyseriin mittaamalla erilaisia kiehumispisteitä. Sen on pitänyt olla vaikeaa vuonna 1841. Siitä huolimatta hän suoritti nämä mittaukset Geysir-geyserissä, josta kaikki muut geyserit saivat nimensä. Kävi ilmi, että Islannissa on todellinen esine nimeltään Geysir, ja kaikki muut geysirit on nimetty hänestä.
Bunsen havaitsi, että mitä syvemmälle menemme, sitä korkeampi veden lämpötila on. Tämä on myös kiehuvan veden tärkeä ominaisuus: jos paine nousee, kiehumispiste laskee. Siten, jos otat tietyn lämpötilan vettä suurella syvyydellä ja nostat sen korkeammalle pintaan, paine laskee. Mitä syvemmälle menemme, sitä suurempi paine on. Ja päinvastoin on myös totta: jos siirrymme syvemmästä matalampaan, kiehumispiste laskee.
Joten aloitamme kuumalla vedellä, siirrämme sen matalan paineen alueelle, vesi alkaa kiehua ja purkaus tapahtuu. Ja jos jatkamme veden pumppaamista geyseristä, kaikki muu vesi kuuluu matalan paineen vaikutelmaan ja purkaus jatkuu. Oletettavasti tämä jatkuu, kunnes vesi loppuu. Täytä sitten geyseri ja lämmitä se. Muilla tieteenaloilla tätä kutsutaan dekompressiokeittoksi. Yleensä tämä on tärkein tapa, jolla Maa tuottaa tulivuoren kiviä. Otamme kallion, siirrämme sen matalapainevyöhykkeelle - se sulaa. Ehkä geysirit toimivat samalla tavalla. Bunsen ehdotti tätä teoriaa vuonna 1841.
Uusien geizerien syntymä
Periaatteessa alueelle, jolla on jo olemassa monia geysureja, pitäisi ilmetä uusia esineitä. Lisäksi heidän on näytettävä, koska osa heistä kuolee. Itse asiassa emme ymmärrä aivan, mikä edistää uuden geyserin syntymistä. On ehdotuksia, että ne näkyvät räjähdyksen seurauksena. Jos höyryä ja vettä kertyy maan alle, voi syntyä räjähdys, jota kutsutaan hydrotermiseksi räjähdykseksi. Tämä tapahtuu paikoissa kuten Yellowstone. Räjähdyksen tärkeys on, että se luo reiän tai onkalon, joka on tarpeen geyserille kertyäkseen vettä ja höyryä.
Siitä huolimatta tutkijat onnistuvat luomaan geyserit laboratorioissa tekemättä suuria masennuksia. Lisäksi tutkijat ovat luoneet geyserejä laboratorioissa yli sata vuotta. Menetelmä on melko yksinkertainen: siihen tarvitaan vain lämpöä ja vettä. Tutkijat ottavat astian vettä, kuumentavat sen alhaalta - lopulta vesi kiehuu. Kiehuva vesi liikkuu geyserin läpi ja purkaus tapahtuu. Kun höyry tai lämpö loppuu, purkaus pysähtyy.
Geysiserien tutkimuksen perusteena laboratoriossa on ymmärtää kuinka eri muuttujat vaikuttavat purkaukseen. On otettava huomioon monia muuttujia: kuinka suuri on lämmitysalue, mikä on geometria ja niin edelleen. Tämä antaa kuvan siitä, kuinka lämpöä ja massaa kuljetetaan kuumassa järjestelmässä. Siksi laboratoriokokeita voidaan käyttää luonnollisten geyserien ymmärtämiseen paremmin.
Ilmaston lämpenemisen seuraukset
Maapallolla on vain muutamia paikkoja, joista voi löytää geysyrejä. Siellä on Yellowstonen kansallispuisto, jossa noin puolet kaikista geysureista sijaitsee, Kamatsatan geiserien laakso, Chilessä sijaitsevien geizerien laakso El Tatio, useita on Uudessa-Seelannissa, muutama Afrikassa ja muutama vielä Islannissa. Niillä kaikilla on kolme ominaisuutta.
Geiserien laakso El Tatio, Chile / Kuva: pixabay.com
Ensimmäinen on viimeaikainen tulivuoren toiminta. Tämä on tärkeää, koska geysirit tarvitsevat lämpöä. Jos nuorten tulivuorten tarjoamaa lämpöä ei ole, geysyrien on vaikea esiintyä. Toiseksi suurin osa näistä vyöhykkeistä oli äskettäin peitetty jäätiköillä. He olisivat voineet myötävaikuttaa oikean tyyppisten materiaalien luomiseen, joita tarvitaan geyserien voimistamiseen. Tarvitaan myös vettä - tämä on kolmas ominaisuus. Suurimmalla osalla mainituista paikoista on pääsy suureen määrään vettä, paitsi Chileen, jossa geyserejä löytyy Atacama-autiomaasta. Siellä vesi todennäköisesti tulee syvästä maanalaisesta pohjavesikerroksesta (pohjavesikerroksesta) ja luo geysyrejä.
Näin ollen ajatuksen, että ilmaston lämpeneminen voi vaikuttaa geysereihin, on kuulostava oudolta. Mutta näin ei ole kahdesta syystä. Ensimmäinen viittaa siihen, että geysirit tarvitsevat vettä, sen puuttuminen vaikuttaa heihin. Toinen on se, että geyserejä on niin vähän, että ne reagoivat ympäristöönsä. Kylmimmissä olosuhteissa geyserin lämpeneminen vie kauemmin. Tämä tekee kylmistä geysireistä mielenkiintoisen tutkimuskohteen.
Geyserialtaan pinnalla on yleensä vesisäiliö. Geyserit purkautuvat tämän altaan läpi, joka on erittäin herkkä ilman lämpötilan muutoksille. Yellowstone Parkissa on Daisy Geyser, joka purkautuu harvemmin talvella kuin kesällä. Se on myös herkkä tuulelle: jos puhaltaa voimakas tuuli, uima-allas jäähtyy ja sen purkautuminen vie kauemmin. Siksi voidaan olettaa, että mitä lämpimämmäksi maapallosta tulee, sitä useammin purkauksia tulisi tapahtua.
Tutkimus Chilessä
Geyseritutkimusta tehdään kaikkialla maailmassa, mutta monet vakavat kysymykset vaativat mittauksia geyserin sisällä. Yhdysvaltain kansallispuistoissa tutkijoiden ei sallita suorittavan tutkimusta geyserien sisällä tai edes niiden lähellä: geiseriä on aina mahdollista vahingoittaa tai vaikuttaa, ja kansallispuistojen tavoitteena on suojella ja säilyttää ympäristöä, jotta kaikki voivat nauttia siitä.
Lähes kaikki geyserit ovat kansallispuistoja, joten tutkijat ovat laatineet sopimuksen paikallisten yhteisöjen kanssa geyserien tutkimisesta Chilessä. Heidän annettiin tehdä tiettyjä ei-geyseria tuhoavia mittauksia, kunhan ne eivät vahingoittaneet geyserejä. Tämän sopimuksen avulla tutkijat voivat mitata lämpötilaa ja painetta geyserin sisällä sekä ottaa näytteitä ja seurata nesteitä yksityiskohtaisemmin kuin muualla olisi mahdollista.
Chilellä on useita geyserejä, jotka ovat erityisen mielenkiintoisia. El Jefe-geyseri, jota espanjaksi kutsutaan "Boss", on erittäin kaunis: se on hyvin pieni ja sen purkaukset saavuttavat muutaman metrin korkeuden, hieman enemmän kuin ihmisen korkeus. Pienen koon vuoksi sitä on helppo tutkia. Lisäksi se on yksi maailman säännöllisimmistä geysereistä. Se purkaa 140 sekunnin välein plus tai miinus 1 sekunti. Hänelle ei ole väliä mikä on ilman lämpötila, +20 vai -10 ° C, sillä ei ole väliä tuulen puhaltaa. Säännöllisyytensä vuoksi voimme kokeilla sitä. Voimme tehdä mittauksia sisältä tai lisätä kylmää vettä tutkiaksemme, kuinka kauan hänen elpyminen vie. Tämä kaikki tekee siitä täydellisen esimerkin järjestelmästä, jota voimme käyttää mallina ymmärtää perusprosesseja.
Viimeaikaiset löytöt
On joitain erityisen silmiinpistäviä löytöjä. Yksi asia tunnistaa ja vahvistaa, että geizerien lähellä on suuria lovia, joita joskus kutsutaan "kupla ansaksi", mikä on erittäin selkeä osoitus tästä periaatteesta: näet kuplia nousevan kiehuvassa vedessä, ne jäävät loukkuun tähän loveen, ja kuinka vain pari siinä tulee tarpeeksi, purkaus alkaa. Nämä ansoja tunnistaa yleensä äänet, jotka kuplat tekevät. Ääni kulkee maan läpi ja voidaan tallentaa seismometrillä. Lisäksi videokamerat sijoitettiin geyserien sisään, ja kuplat näkyivät videolle. Nyt kysymys on vain siitä, onko tämä käyttäytyminen tyypillinen kaikille geysereille vai vain hyvin tutkituille.
Toisen havainnon tärkeys on, että pystymme nyt mittaamaan veden liikkumisen nopeutta geyserin sisällä. Tämän perusteella voidaan sanoa, että ne todennäköisesti purkautuvat äänen nopeudella. Ja voimme todella mitata ja testata tämän hypoteesin. Nyt on tärkeätä ymmärtää, ovatko nämä löytöt yleisiä vai spesifisiä tutkituille geysereille. Ja tämä vie meidät moniin avoimiin kysymyksiin, joihin ei vieläkään ole vastausta.
Yellowstonen kansallispuisto / Kuva: unsplash.com
Avoimia kysymyksiä
Muutamiin peruskysymyksiin, joihin ei ole vielä vastattu. Miksi geiserit ovat olemassa? Miksi niistä ei tule vain kuumia lähteitä? Alkaako purkaus geyserin yläosasta vai tapahtuu jotain tärkeätä suuressa syvyydessä? Onko maanpinnan alla jotain erityistä, joka johtaa geyserien muodostumiseen? Pienet purkaukset tapahtuvat yleensä ennen pääpurkausta. Haluamme ymmärtää, ovatko nämä purkaukset valmistautumista tärkeimpiin purkauksiin vai ovatko ne vain heikompia purkauksia. Haluamme myös tietää, kuinka paljon massa- ja energiageysyrejä siirtyy pintaan, miten ja miksi ne räjähtää ulkoisen vaikutuksen alaisena.
Mitä tämä kaikki tarkoittaa? Maapallolla on vuorovesi, ne muuttavat maata ja tämä voi aiheuttaa purkauksen. Luonnonmuutokset voivat vaikuttaa purkauksiin, ja myös viimeaikaisilla maanjäristyksillä voi olla vaikutuksia. Siksi haluamme tietää, kuinka tarkalleen tämä kaikki vaikuttaa geisureihin ja niiden toiminnallisuuteen. Haluamme myös tietää, kuinka nopeasti materiaali räjähtää. Vulkaanien tutkimismalleissamme oletamme, että tämä tapahtuu äänen nopeudella, mutta geysyreissä voimme testata tämän mallin. Ottaen huomioon, kuinka paljon tietoa on kerätty viimeaikaisista mittauksista, on suuri mahdollisuus, että moniin näistä kysymyksistä vastataan.
Michael Manga