Gheizerele sunt obiecte care aruncă apă lichidă și abur la punctul lor de fierbere. Prin definiție, ceea ce numim gheizere erupt fie periodic (adică în mod regulat), fie episodic, ceea ce înseamnă că intervalele de timp dintre erupții nu sunt întotdeauna aceleași. Există multe alte modalități de clasificare a ghezerelor. Există gheizere mari și mici și există gheizere reci care aruncă un amestec de apă lichidă și dioxid de carbon. În general, gheizerele nu sunt foarte frecvente. O dată în lumea întreagă erau aproximativ o mie, dar acum sunt aproximativ cinci sute. Dispar deoarece zonele în care se află gheizerele au resurse geotermale. Energia geotermală este folosită din ce în ce mai mult datorită schimbărilor climatice. Unul trebuie să înceapă să extragă lichide pentru a alimenta instalația geotermală,modul în care gheizerele încep să-și piardă sursa de energie și apă. Dacă continuați acest proces suficient de mult, toate gheizerele pot dispărea.
Importanța studierii ghezerelor
Există trei motive pentru care studiul geizerelor este important. În primul rând, gheizerele sunt modele de erupții vulcanice. Ne interesează modul în care acestea erup, ce provoacă această erupție, cum lichidul se ridică la suprafață, cum este transportat în atmosferă. Vulcanii sunt mari și periculoși, dar nu erup foarte des. Gheizerele sunt mici și mai puțin periculoase și erup de multe ori. Unul dintre lucrurile pe care dorim să le investigăm în urma studiului gheizerelor este modul de înțelegere și simulare a procesului de erupție. De asemenea, putem testa o gamă de instrumente geofizice pe gheizere. Putem folosi un seismometru pentru a măsura mișcarea pământului, putem măsura câmpuri electrice și magnetice, putem înregistra videoclipuri și putem încerca, de asemenea, să combinăm toate aceste tipuri de măsurători pentru a înțelegece se întâmplă în timpul erupției. Și atunci putem încerca să transferăm descoperirile noastre de la gheizerele mici către vulcani mari.
Al doilea motiv pentru care ne interesează gheizerele este pentru că acestea ne oferă capacitatea de a înțelege modul în care Pământul transportă apa. Există lucruri numite sisteme geotermale pe care le folosim pentru energia geotermală. Sistemele geotermale produc materiale precum depozite de aur. Transportând lichide, putem transporta toate elementele care sunt dizolvate în el. Studiul geizerelor creează o oportunitate pentru noi să vedem cum pământul transportă un amestec de aburi și apă.
Iar al treilea motiv este că gheizerele sunt un fenomen interesant și fascinant. Dacă înțelegem cum Pământul transportă lichide și energie, trebuie să putem explica modul în care funcționează gheizerele. Iar măsura în care nu reușim să facem acest lucru ne indică acum că există lucruri de bază despre transferul de căldură al Pământului pe care încă nu îl știm.
Parcul Național Yellowstone / Foto: unsplash.com
Video promotional:
Cercetările geyser începe
Prima cercetare științifică modernă asupra ghezerelor a fost realizată de Robert Bunsen - este cel mai cunoscut ca inventatorul arzătorului Bunsen. Arzătorul Bunsen este micul arzător pe care îl vezi în sala de clasă. Descoperirea lui a dus la inventarea spectroscopiei. În 1841, a publicat un articol despre măsurătorile efectuate într-un gheiser din Islanda. Aceste măsurători sunt încă relevante.
Una dintre întrebările principale pe care le-a pus a fost "De ce erupe ghezerul?" Se pot imagina mai multe metode de erupție: poate începe atât în vârful gheizerului, cât și la baza acestuia. Bunsen a făcut măsurători pe măsură ce a coborât mai jos și mai jos în gheizer, măsurând diverse puncte de fierbere. Trebuie să fi fost dificil în 1841. Cu toate acestea, el a efectuat aceste măsurători în gheiserul Geysir, de la care au primit numele tuturor celorlalți gheizer. Se dovedește că în Islanda există un obiect real numit Geysir, iar toate celelalte gheizere poartă numele acestuia.
Bunsen a descoperit că cu cât mergem mai adânc, cu atât temperatura apei este mai mare. Aceasta este, de asemenea, o proprietate importantă a apei clocotite: dacă presiunea crește, punctul de fierbere scade. Astfel, dacă luați apă de o anumită temperatură la adâncimi mari și o ridicați mai sus la suprafață, presiunea va scădea. Cu cât mergem mai adânc, cu atât presiunea este mai mare. Și opusul va fi adevărat: dacă trecem de la mai adânc în mai puțin adânc, atunci punctul de fierbere scade.
Așa că începem cu apă caldă, o mutăm într-o zonă cu presiune joasă, apa începe să fiarbă și se întâmplă o erupție. Și dacă continuăm să pompăm apa din gheizer, toată restul apei cade sub influența presiunii scăzute, iar erupția continuă. Probabil că acest lucru va continua până când apa se va scurge. Apoi reumplem gheizerul și îl încălzim. În alte domenii ale științei, aceasta se numește fierbere a decompresiei. În general, acesta este principalul mod în care Pământul produce roci vulcanice. Luăm roca, o transferăm în zona de presiune joasă - se topește. Poate că gheiserii funcționează la fel. Bunsen a propus această teorie în 1841.
Nașterea de gheizere noi
În principiu, într-o zonă în care există deja multe gheizere, ar trebui să apară obiecte noi. Mai mult, trebuie să apară pentru că unii dintre ei mor. De fapt, nu înțelegem foarte bine ce contribuie la apariția unui nou gheiser. Există sugestii ca acestea să apară ca urmare a unei explozii. Dacă aburul și apa se acumulează în subteran, se poate crea o explozie, numită explozie hidrotermică. Acest lucru se întâmplă în locuri precum Yellowstone. Importanța exploziei este că creează o gaură sau o cavitate, care este necesară pentru gheizer să acumuleze apă și aburi.
Cu toate acestea, oamenii de știință reușesc să creeze gheizere în laboratoare, fără a face depresii mari. Mai mult, oamenii de știință creează gheizerele în laboratoare de peste o sută de ani. Metoda este destul de simplă: tot ceea ce este necesar pentru aceasta este căldura și apa. Oamenii de știință iau un recipient cu apă, îl încălzesc de jos - în cele din urmă apa fierbe. Apa clocotită se deplasează prin gheizer și apare o erupție. Când aburul sau căldura se termină, erupția se oprește.
Motivul din spatele studierii ghezerelor în laborator este de a înțelege modul în care diferite variabile afectează o erupție. Există multe variabile de luat în considerare: cât de mare este intervalul de încălzire, care este geometria și așa mai departe. Aceasta oferă o perspectivă asupra modului în care căldura și masa sunt transportate într-un sistem fierbinte. Astfel, experimentele de laborator pot fi utilizate pentru a înțelege mai bine gheizerele naturale.
Consecințele încălzirii globale
Există doar câteva locuri pe Pământ unde puteți găsi gheizere. Există Parcul Național Yellowstone, unde se află aproximativ jumătate din toate gheizerele, Valea Ghezerelor din Kamchatka, Valea Geiserilor El Tatio din Chile, câteva sunt în Noua Zeelandă, câteva sunt în Africa, iar alte câteva sunt în Islanda. Toate au trei caracteristici.
Valley of Geysers El Tatio, Chile / Foto: pixabay.com
Primul este o activitate vulcanică recentă. Acest lucru este important, deoarece gheizerii au nevoie de căldură. Dacă nu există nici o căldură pe care o oferă tinerii vulcani, este dificil să apară gheizerele. În al doilea rând, majoritatea acestor zone au fost recent acoperite cu ghețari. Aceștia ar fi putut contribui la crearea tipului potrivit de materiale necesare alimentării ghezerelor. De asemenea, este nevoie de apă - aceasta este a treia caracteristică. Majoritatea locurilor numite au acces la un volum mare de apă, cu excepția Chile, unde gheizerele se găsesc în deșertul Atacama. Acolo, cel mai probabil, apa provine dintr-un acvifer subteran adânc (acvifer) și creează gheizere.
În consecință, ideea că încălzirea globală poate afecta gheizerele trebuie să sune ciudată. Dar nu este cazul din două motive. Prima se referă la faptul că gheizerele au nevoie de apă, absența ei le va afecta. Al doilea este că faptul că există atât de puțini gheizeri sugerează că sunt receptivi la mediul lor. În condiții mai reci, este nevoie de mai mult timp pentru încălzirea gheizerei. Acest lucru face ca gheizerele reci să fie un obiect de studiu interesant.
Un bazin de gheizer are de obicei un rezervor de apă la suprafață. Gheizerele izbucnesc prin acest bazin, care este foarte sensibil la schimbările de temperatură a aerului. În Parcul Yellowstone, există Daisy Geyser, care erupe mai rar iarna decât vara. De asemenea, este sensibil la vânt: dacă bate un vânt puternic, piscina se răcește și durează mai mult până la erupție. Astfel, se poate presupune că cu cât este mai cald Pământul, cu atât ar trebui să apară erupții mai des.
Cercetări în Chile
Cercetările geyser sunt realizate în toată lumea, dar multe întrebări serioase necesită măsurători în interiorul gheizerului. În parcurile naționale din SUA, oamenii de știință nu au voie să efectueze cercetări în interiorul sau chiar în apropierea ghezerelor: există întotdeauna posibilitatea de a deteriora sau de a afecta gheizerul, iar scopul parcurilor naționale este de a proteja și de a păstra mediul, astfel încât toată lumea să se poată bucura.
Aproape toate gheizerele sunt parcuri naționale, așa că oamenii de știință au elaborat un acord cu comunitățile locale pentru a studia gheizerele din Chile. Li s-a permis să ia anumite măsurători care nu distrug geiserul, atât timp cât nu dăunează ghezerelor. Acest acord permite cercetătorilor să măsoare temperatura și presiunea în gheizer, precum și să preleveze și să monitorizeze lichidele mai detaliat decât ar fi posibil în altă parte.
Chile are mai multe gheizere care sunt deosebit de interesante. Gheizerul El Jefe, care se numește „șeful” în spaniolă, este foarte frumos: are dimensiuni foarte mici, iar erupțiile sale ating o înălțime de câțiva metri, puțin mai mult decât înălțimea unei persoane. Datorită dimensiunilor mici, este ușor de studiat. Mai mult, este unul dintre cei mai obișnuiți gheizeri din lume. Erupe la fiecare 140 de secunde, plus sau minus 1 secundă. Nu contează pentru el care este temperatura aerului, +20 sau -10 ° C, nu contează dacă bate vântul. Datorită regularității sale, putem experimenta. Putem lua măsurători din interior sau adăugăm puțină apă rece pentru a studia cât timp va dura pentru recuperarea lui. Toate acestea îl fac un exemplu perfect de sistem pe care îl putem folosi ca model pentru înțelegerea proceselor de bază.
Descoperiri recente
Există câteva descoperiri deosebit de frapante. Un lucru identifică și confirmă faptul că există crestături mari în apropierea ghezerelor, uneori numite „capcană cu bule”, ceea ce este o demonstrație foarte clară a acestui principiu: puteți vedea bule care se ridică în apă clocotită, ele sunt prinse în această crestă și cum doar un cuplu din ea devine suficient, începe o erupție. Aceste capcane sunt de obicei recunoscute prin sunetul pe care îl dau bule. Sunetul călătorește prin sol și poate fi înregistrat cu un seismometru. În plus, camerele video au fost plasate în interiorul ghezerelor, iar apariția bulelor a fost înregistrată pe videoclip. Întrebarea de acum este doar dacă acest comportament este tipic pentru toți gheiserii sau numai pentru cei bine studiați.
Importanța unei alte observații este că acum suntem capabili să măsurăm viteza de mișcare a apei în gheizer. Pe baza acestui lucru, putem spune că acestea erup cel mai probabil cu viteza sunetului. Și putem măsura și testa de fapt această ipoteză. Acum este important să înțelegem dacă aceste descoperiri sunt universale sau specifice anumitor gheiseruri studiate. Iar acest lucru ne aduce la o mulțime de întrebări deschise, care încă nu au răspuns.
Parcul Național Yellowstone / Foto: unsplash.com
Întrebări deschise
Există câteva întrebări de bază la care încă nu s-a răspuns. De ce există gheizerele? De ce nu devin doar izvoare termale? Erupția începe din partea de sus a gheizerului sau se întâmplă ceva important la adâncimi mari? Există ceva special sub suprafața pământului care duce la formarea gheizerelor? De obicei, mici erupții apar înainte de erupția principală. Vrem să înțelegem dacă aceste erupții sunt pregătitoare pentru erupțiile principale sau sunt pur și simplu erupții mai slabe. De asemenea, dorim să știm câtă masă și gheizere de energie se transferă la suprafață, cum și de ce explodează sub influența influenței exterioare.
Ce înseamnă toate acestea? Există valuri pe Pământ, acestea deformează pământul și acest lucru poate provoca o erupție. Modificările în natură pot afecta erupțiile, iar cutremurele recente pot avea, de asemenea, un impact. Prin urmare, dorim să știm cum afectează exact toate acestea gheizerele și funcționalitatea acestora. De asemenea, vrem să știm cât de rapid explodează materialul. În modelele noastre pentru explorarea vulcanilor, presupunem că acest lucru se întâmplă cu viteza sunetului, dar în gheizere putem testa acest model. Având în vedere cât de multe informații au fost adunate din măsurătorile recente, există șanse mari ca multe dintre aceste întrebări să fie răspunse.
Michael Manga
