Gejsere er genstande, der sprøjter flydende vand og damp på deres kogepunkt. Per definition er det, som vi kalder gejsere, udbrudt enten med jævne mellemrum (det vil sige regelmæssigt) eller episodisk, hvilket betyder, at tidsintervaller mellem udbrud ikke altid er de samme. Der er mange andre måder at klassificere gejsere på. Der er gejsere store og små, og der er kolde gejsere, der sprøjter en blanding af flydende vand og kuldioxid. Generelt er gejsere ikke meget almindelige. En gang i hele verden var der omkring tusind, men nu er der omkring fem hundrede. De forsvinder, fordi zonerne, hvor gejserne befinder sig, har geotermiske ressourcer. Geotermisk energi bruges mere og mere på grund af klimaændringer. Man skal kun begynde at udvinde væsker for at drive den geotermiske installation,hvordan gejsere begynder at miste deres energikilde og vand. Hvis du fortsætter denne proces længe nok, kan alle gejsere forsvinde.
Betydningen af at studere gejsere
Der er tre grunde til, at undersøgelsen af gejsere er vigtig. For det første er gejsere modeller af vulkanudbrud. Vi er interesseret i, hvordan de bryder ud, hvad der provokerer dette udbrud, hvordan væsken stiger til overfladen, hvordan den transporteres ud i atmosfæren. Vulkaner er store og farlige, men de bryder ikke meget ud. Gejsere er små og mindre farlige og udbryder mange gange. En af de ting, som vi vil undersøge fra studiet af gejsere, er, hvordan man forstår og simulerer udbrudsprocessen. Vi kan også teste en række geofysiske instrumenter på gejsere. Vi kan bruge et seismometer til at måle jordens bevægelse, vi kan måle elektriske og magnetiske felter, vi kan optage videoer, og vi kan også prøve at kombinere alle disse typer målinger for at forståhvad der sker under udbruddet. Og så kan vi prøve at overføre vores fund fra små gejsere til store vulkaner.
Den anden grund til, at vi er interesseret i gejsere, er fordi de giver os evnen til at forstå, hvordan Jorden transporterer vand. Der er ting, der kaldes geotermiske systemer, som vi bruger til geotermisk energi. Geotermiske systemer producerer materialer som guldaflejringer. Ved at transportere væsker kan vi transportere alle de elementer, der er opløst i det. Undersøgelsen af gejsere skaber en mulighed for os at se, hvordan jorden transporterer en blanding af damp og vand.
Og den tredje grund er, at gejsere er et interessant og fascinerende fænomen. Hvis vi forstår, hvordan Jorden transporterer væsker og energi, skal vi være i stand til at forklare, hvordan gejsere fungerer. Og i hvilken udstrækning vi ikke gør dette nu, indikerer os, at der er grundlæggende ting ved jordoverførslen, som vi stadig ikke kender.
Yellowstone National Park / Photo: unsplash.com
Salgsfremmende video:
Geyser-forskning begynder
Den første moderne videnskabelige forskning på gejsere blev udført af Robert Bunsen - han er bedst kendt som opfinderen af Bunsen-brænderen. Bunsen-brænderen er den lille brænder, du ser i dit klasseværelse. Hans opdagelse førte til opfindelsen af spektroskopi. I 1841 offentliggjorde han en artikel om målinger, der blev foretaget inde i en gejser på Island. Disse målinger er stadig relevante.
Et af de vigtigste spørgsmål, han stillede, var "Hvorfor bryder gejseren ud?" Man kan forestille sig flere udbruddsmetoder: det kan begynde både øverst på gejseren og ved dens base. Bunsen foretog målinger, da han sank ned og ned i gejseren og målte forskellige kogepunkter. Det må have været vanskeligt i 1841. Ikke desto mindre udførte han disse målinger i Geysir-gejseren, hvorfra alle andre gejsere fik deres navn. Det viser sig, at der er et ægte objekt i Island kaldet Geysir, og alle andre gejsere er opkaldt efter ham.
Bunsen fandt, at jo dybere vi går, jo højere er vandtemperaturen. Dette er også en vigtig egenskab ved kogende vand: hvis trykket stiger, falder kogepunktet. Så hvis du tager vand med en bestemt temperatur på store dybder og hæver det højere til overfladen, vil trykket falde. Jo dybere vi går, jo højere er presset. Og det modsatte vil også være sandt: hvis vi bevæger os fra dybere til lavere, falder kogepunktet.
Så vi starter med varmt vand, flytter det til et lavtryksområde, vandet begynder at koge, og der sker en udbrud. Og hvis vi fortsætter med at pumpe vand ud af gejseren, falder alt resten af vandet under påvirkning af lavt tryk, og udbruddet fortsætter. Antagelig fortsætter dette, indtil vandet løber tør. Derefter genopfylder vi gejseren og opvarmer den. På andre videnskabelige områder kaldes dette dekomprimeringskogning. Generelt er dette den vigtigste måde, Jorden producerer vulkanske klipper på. Vi tager klippen, overfører den til lavtrykszonen - den smelter. Måske fungerer gejsere på samme måde. Bunsen foreslog denne teori i 1841.
Fødselen af nye gejsere
I princippet, i et område, hvor der allerede findes mange gejsere, skal nye objekter vises. Desuden skal de vises, fordi nogle af dem dør. Faktisk forstår vi ikke helt, hvad der bidrager til fremkomsten af en ny gejser. Der er forslag om, at de vises som et resultat af en eksplosion. Hvis damp og vand ophobes under jorden, kan der opstå en eksplosion, kaldet en hydrotermisk eksplosion. Dette sker på steder som Yellowstone. Betydningen af eksplosionen er, at den skaber et hul eller et hulrum, som er nødvendigt for, at gejseren kan opsamle vand og damp.
Ikke desto mindre formår forskere at skabe gejsere i laboratorier uden at gøre store depressioner. Desuden har forskere skabt gejsere i laboratorier i over hundrede år. Metoden er ganske enkel: alt hvad der er behov for dette er varme og vand. Forskere tager en beholder med vand, opvarmer den nedenfra - til sidst koger vandet. Det kogende vand bevæger sig gennem gejseren, og der opstår et udbrud. Når dampen eller varmen slutter, stopper udbruddet.
Begrundelsen bag at studere gejsere i laboratoriet er at forstå, hvordan forskellige variabler påvirker et udbrud. Der er mange variabler at overveje: hvor stort er varmeområdet, hvad er geometrien og så videre. Dette giver et indblik i, hvordan varme og masse transporteres i et varmt system. Laboratorieeksperimenter kan således bruges til bedre at forstå naturlige gejsere.
Konsekvenser af global opvarmning
Der er kun få steder på Jorden, hvor du kan finde gejsere. Der er Yellowstone National Park, hvor omkring halvdelen af alle gejsere er beliggende, Geysers Valley i Kamchatka, Geysers Valley El Tatio i Chile, flere er i New Zealand, nogle få er i Afrika, og et par flere er i Island. De har alle tre karakteristika.
Geysers Valley El Tatio, Chile / Foto: pixabay.com
Den første er den nylige vulkanaktivitet. Dette er vigtigt, da gejsere har brug for varme. Hvis der ikke er varme, som unge vulkaner giver, er det vanskeligt for gejsere at vises. For det andet var de fleste af disse zoner for nylig dækket med gletsjere. De kunne have bidraget til oprettelsen af den rigtige type materialer, der er nødvendige for at give gejserne strøm. Vand er også nødvendigt - dette er den tredje funktion. De fleste af de nævnte steder har adgang til et stort volumen vand undtagen for Chile, hvor gejsere findes i Atacama-ørkenen. Der kommer vand sandsynligvis fra en dyb underjordisk akvifer (akvifer) og skaber gejsere.
Derfor må ideen om, at global opvarmning kan påvirke gejsere, lyde underlig. Men dette er ikke tilfældet af to grunde. Den første henviser til det faktum, at gejsere har brug for vand, og dets fravær vil påvirke dem. Det andet er, at det faktum, at der er så få gejsere, antyder, at de reagerer på deres miljø. Under koldere forhold tager det længere tid at opvarme gejseren. Dette gør kolde gejsere til et interessant genstand for undersøgelse.
Et gejserkum har normalt et reservoir med vand ved overfladen. Geysere bryder ud gennem dette bassin, som er meget følsom over for ændringer i lufttemperatur. I Yellowstone Park er der Daisy Geyser, der opstår mindre hyppigt om vinteren end om sommeren. Det er også følsomt over for vind: hvis en stærk vind blæser, afkøles puljen og tager længere tid at udbrud. Således kan det antages, at jo varmere Jorden bliver, desto oftere bør udbrud forekomme.
Forskning i Chile
Geyser-forskning udføres over hele verden, men mange alvorlige spørgsmål kræver måling inde i gejseren. I amerikanske nationalparker har forskere ikke lov til at forske i eller endda i nærheden af gejsere: der er altid muligheden for at beskadige eller påvirke gejseren, og målet med nationalparker er at beskytte og bevare miljøet, så alle kan nyde det.
Næsten alle gejsere er nationalparker, så forskere har udarbejdet en aftale med lokale samfund om at undersøge gejsere i Chile. De fik lov til at udføre visse målinger, der ikke ødelægger gejsere, så længe de ikke skadede gejserne. Denne aftale giver forskere mulighed for at måle temperatur og tryk inde i gejseren samt prøve og overvåge væsker mere detaljeret, end det ville være muligt andetsteds.
Chile har flere gejsere, der er specielt interessante. El Jefe-gejseren, der på spansk kaldes "Boss", er meget smuk: Den er meget lille i størrelse, og dens udbrud når en højde på et par meter, lidt mere end en persons højde. På grund af dens lille størrelse er det let at studere. Desuden er det en af de mest regelmæssige gejsere i verden. Det bryder ud hvert 140 sekund, plus eller minus 1 sekund. Det betyder ikke noget for ham, hvad lufttemperaturen er, +20 eller -10 ° C, det betyder ikke noget, om vinden blæser. På grund af dens regelmæssighed kan vi eksperimentere med det. Vi kan tage målinger indefra eller tilføje noget koldt vand for at undersøge, hvor lang tid det vil tage for ham at komme sig. Alt dette gør det til et perfekt eksempel på et system, som vi kan bruge som model til at forstå grundlæggende processer.
Seneste opdagelser
Der er nogle specielt slående opdagelser. En ting identificerer og bekræfter, at der er store hak nær gejserne, nogle gange kaldet "boblefælde", hvilket er en meget klar demonstration af dette princip: du kan se bobler stige i kogende vand, de bliver fanget i dette hak, og hvordan kun et par deri bliver nok, en udbrud begynder. Disse fælder genkendes normalt af den lyd, boblerne laver. Lyd bevæger sig gennem jorden og kan optages med et seismometer. Derudover blev videokameraer anbragt inde i gejserne, og udseendet af bobler blev optaget på video. Spørgsmålet er nu kun, om denne opførsel er typisk for alle gejsere eller kun godt studerede.
Betydningen af en anden observation er, at vi nu er i stand til at måle hastigheden af vandbevægelse inde i gejseren. Baseret på dette kan vi sige, at de sandsynligvis bryder ud med lydens hastighed. Og vi kan faktisk måle og teste denne hypotese. Det er nu vigtigt at forstå, om disse fund er universelle eller specifikke for de studerede gejsere. Og dette bringer os til en masse åbne spørgsmål, der stadig ikke har noget svar.
Yellowstone National Park / Photo: unsplash.com
Åbn spørgsmål
Der er et par grundlæggende spørgsmål, som endnu ikke er besvaret. Hvorfor findes gejsere? Hvorfor bliver de ikke bare varme kilder? Begynder udbruddet øverst på gejseren, eller sker der noget vigtigt i store dybder? Er der noget specielt under jordoverfladen, der fører til dannelse af gejsere? Små udbrud forekommer normalt før det største udbrud. Vi vil forstå, om disse udbrud forbereder de vigtigste udbrud, eller er det simpelthen svagere udbrud. Vi vil også vide, hvor meget masse og energi gejsere overfører til overfladen, hvordan og hvorfor de eksploderer under påvirkning af påvirkning udefra.
Hvad betyder alt dette? Der er tidevand på Jorden, de deformerer jorden, og dette kan forårsage et udbrud. Ændringer i naturen kan påvirke udbrud, og nylige jordskælv kan også have indflydelse. Derfor vil vi vide, hvordan nøjagtigt alt dette påvirker gejserne og deres funktionalitet. Vi vil også vide, hvor hurtigt materialet eksploderer. I vores modeller til udforskning af vulkaner antager vi, at dette sker med lydhastigheden, men i gejsere kan vi teste denne model. I betragtning af hvor meget information der er indsamlet fra de nylige målinger, er der en god chance for, at mange af disse spørgsmål bliver besvaret.
Michael Manga