Geizeri ir objekti, kas viršanas temperatūrā virza šķidru ūdeni un tvaiku. Pēc definīcijas tas, ko mēs saucam par geizeriem, izdalās periodiski (tas ir, regulāri) vai epizodiski, kas nozīmē, ka laika intervāli starp izvirdumiem ne vienmēr ir vienādi. Ir daudz citu veidu, kā klasificēt geizerus. Ir gan lieli, gan mazi geizeri, un ir auksti geizeri, kas virza šķidrā ūdens un oglekļa dioksīda maisījumu. Kopumā geizeri nav īpaši izplatīti. Kādreiz visā pasaulē bija apmēram tūkstotis, bet tagad ir apmēram pieci simti. Tie izzūd, jo zonās, kur atrodas geizeri, ir ģeotermiskie resursi. Klimata pārmaiņu dēļ ģeotermiskā enerģija tiek izmantota arvien vairāk. Ir jāsāk tikai šķidrumu ieguve, lai darbinātu ģeotermisko iekārtu,kā geizeriem sāk zaudēt enerģijas un ūdens avotu. Ja jūs turpināt šo procesu pietiekami ilgi, visi geizeri var pazust.
Geizeru izpētes nozīme
Ir trīs iemesli, kāpēc geizeru izpēte ir svarīga. Pirmkārt, geizeri ir vulkānu izvirdumu modeļi. Mūs interesē, kā tie izdalās, kas provocē šo izvirdumu, kā šķidrums paceļas uz virsmas, kā tas tiek novadīts atmosfērā. Vulkāni ir lieli un bīstami, taču tie neiznāk ļoti bieži. Geizeri ir mazi, mazāk bīstami un daudzkārt izlaužas. Viena no lietām, ko mēs vēlamies izpētīt, izpētot geizerus, ir tas, kā saprast un simulēt izvirduma procesu. Mēs arī varam pārbaudīt virkni ģeofizisko instrumentu uz geizeriem. Mēs varam izmantot seismometru, lai izmērītu zemes kustību, mēs varam izmērīt elektriskos un magnētiskos laukus, mēs varam ierakstīt video, kā arī mēs varam mēģināt apvienot visus šos mērījumu veidus, lai saprastukas notiek izvirduma laikā. Un tad mēs varam mēģināt pārnest savus atradumus no maziem geizeriem uz lieliem vulkāniem.
Otrs iemesls, kāpēc mēs esam ieinteresēti geizeros, ir tas, ka tie dod mums iespēju saprast, kā Zeme pārvadā ūdeni. Ir lietas, ko sauc par ģeotermiskām sistēmām, kuras mēs izmantojam ģeotermiskai enerģijai. Ģeotermiskās sistēmas ražo materiālus, piemēram, zelta nogulsnes. Pārvadājot šķidrumus, mēs varam pārvadāt visus tajā izšķīdušos elementus. Geizeru izpēte mums rada iespēju redzēt, kā zeme pārvadā tvaika un ūdens maisījumu.
Un trešais iemesls ir tas, ka geizeri ir interesanta un aizraujoša parādība. Ja mēs saprotam, kā Zeme pārvadā šķidrumus un enerģiju, mums jāspēj izskaidrot, kā darbojas geizeri. Un tas, cik lielā mērā mums tas neizdodas, tagad mums norāda, ka Zemes siltuma pārnesē ir pamatlietas, kuras mēs joprojām nezinām.
Jeloustonas Nacionālais parks / Foto: unsplash.com
Reklāmas video:
Sākas geizeru izpēte
Pirmos mūsdienu zinātniskos pētījumus par geizeriem veica Roberts Bunsens - viņš vislabāk pazīstams kā Bunsena degļa izgudrotājs. Bunsen deglis ir mazais deglis, ko redzat savā klasē. Viņa atklājums noveda pie spektroskopijas izgudrošanas. 1841. gadā viņš publicēja rakstu par mērījumiem, kas veikti geizerā Islandē. Šie mērījumi joprojām ir aktuāli.
Viens no galvenajiem jautājumiem, ko viņš uzdeva, bija: "Kāpēc geizers izvirdās?" Var iedomāties vairākas izvirduma metodes: tas var sākties gan geizatora augšpusē, gan tā pamatnē. Bunsens veica mērījumus, nolaižoties zemāk un zemāk geizerā, mērot dažādus viršanas punktus. 1841. gadā tam bija jābūt sarežģītam. Neskatoties uz to, viņš veica šos mērījumus Geysir geizerā, no kura visi citi geizeri ieguva savu vārdu. Izrādās, ka Islandē ir reāls objekts ar nosaukumu Geysir, un visi pārējie geizeri ir nosaukti viņa vārdā.
Bunsens atklāja, ka jo dziļāk mēs ejam, jo augstāka ir ūdens temperatūra. Šī ir arī svarīga verdoša ūdens īpašība: ja spiediens paaugstinās, viršanas temperatūra pazeminās. Tādējādi, ja jūs ņemat noteiktas temperatūras ūdeni lielā dziļumā un paceļat to augstāk virs virsmas, spiediens samazināsies. Jo dziļāk mēs ejam, jo lielāks spiediens. Un notiks arī pretēji: ja mēs pāriet no dziļākas uz seklāku, tad viršanas temperatūra samazinās.
Tātad mēs sākam ar karstu ūdeni, pārvietojam to uz zema spiediena zonu, ūdens sāk vārīties, un notiek izvirdums. Un, ja mēs turpinām sūknēt ūdeni no geizera, viss pārējais ūdens nonāk zema spiediena ietekmē, un izvirdums turpinās. Jādomā, ka tas turpināsies, līdz ūdens iztecēs. Tad mēs uzpildām geizeru un uzkarsējam. Citās zinātnes jomās to sauc par dekompresijas viršanu. Kopumā tas ir galvenais veids, kā Zeme veido vulkāniskos iežus. Mēs ņemam iežu, pārvietojam to uz zema spiediena zonu - tā kūst. Varbūt gejeri darbojas tāpat. Bunsens ierosināja šo teoriju 1841. gadā.
Jaunu geizeru dzimšana
Principā apgabalā, kur jau pastāv daudz geizeru, vajadzētu parādīties jauniem objektiem. Turklāt tiem ir jāparādās, jo daži no viņiem mirst. Patiesībā mēs īsti nesaprotam, kas veicina jauna geizatora parādīšanos. Ir ieteikumi, ka tie parādās eksplozijas rezultātā. Ja tvaiks un ūdens uzkrājas pazemē, var rasties sprādziens, ko sauc par hidrotermisku sprādzienu. Tas notiek tādās vietās kā Jeloustouna. Sprādziena nozīmīgums ir tāds, ka tas rada caurumu vai dobumu, kas ir nepieciešams geizerim, lai uzkrātu ūdeni un tvaiku.
Neskatoties uz to, zinātniekiem izdodas laboratorijās izveidot geizerus, neveicot lielas depresijas. Turklāt zinātnieki jau vairāk nekā simts gadus laboratorijās rada geizerus. Metode ir diezgan vienkārša: viss, kas tam nepieciešams, ir siltums un ūdens. Zinātnieki ņem trauku ar ūdeni, uzkarsē to no apakšas - galu galā ūdens vārās. Verdošs ūdens pārvietojas pa geizeru un notiek izvirdums. Kad beidzas tvaiks vai karstums, izvirdums apstājas.
Geizeru pētīšanas laboratorijā pamatojums ir saprast, kā dažādi mainīgie ietekmē izvirdumu. Ir jāņem vērā daudz mainīgo lielumu: cik liels ir apkures diapazons, kāda ir ģeometrija utt. Tas sniedz ieskatu par to, kā siltums un masa tiek pārvadāti karstā sistēmā. Tādējādi, lai labāk izprastu dabiskos geizerus, var izmantot laboratorijas eksperimentus.
Globālās sasilšanas sekas
Uz Zemes ir tikai dažas vietas, kur var atrast geizerus. Ir Yellowstone National Park, kur atrodas apmēram puse no visiem geizeriem, Geizeru ieleja Kamčatkā, Geizeru ieleja El Tatio Čīlē, vairākas ir Jaunzēlandē, dažas ir Āfrikā, un vēl dažas ir Islandē. Viņiem visiem ir trīs raksturlielumi.
El Tatio geizeru ieleja / Čīle / Foto: pixabay.com
Pirmais ir nesenās vulkāniskās aktivitātes. Tas ir svarīgi, jo geizeriem ir nepieciešams siltums. Ja nav siltuma, ko nodrošina jaunie vulkāni, geizeriem ir grūti parādīties. Otrkārt, lielāko daļu šo zonu nesen klāja ledāji. Viņi varēja dot ieguldījumu pareiza veida materiālu izveidē, kas nepieciešami geizeru darbināšanai. Nepieciešams arī ūdens - šī ir trešā īpašība. Lielākajai daļai no nosauktajām vietām ir pieejams liels ūdens daudzums, izņemot Čīli, kur geizerus atrod Atakamas tuksnesī. Tur ūdens, visticamāk, nāk no dziļa pazemes ūdens nesējslāņa (ūdens nesējslāņa) un rada geizerus.
Līdz ar to idejai, ka globālā sasilšana var ietekmēt geizerus, jāizklausās dīvaini. Bet tas nav divu iemeslu dēļ. Pirmais attiecas uz faktu, ka geizeriem ir vajadzīgs ūdens, tā neesamība viņus ietekmēs. Otrkārt, tas, ka geizeru ir tik maz, liek domāt, ka viņi reaģē uz savu vidi. Aukstākos apstākļos geizara iesildīšana prasa ilgāku laiku. Tas padara aukstos geizerus par interesantu izpētes objektu.
Geizeru baseina virspusē parasti ir ūdens rezervuārs. Geizeri izplūst caur šo baseinu, kas ir ļoti jutīgs pret gaisa temperatūras izmaiņām. Jeloustonas parkā ir Daisy Geizer, kas ziemā izvirdās retāk nekā vasarā. Tas ir arī jūtīgs pret vēju: ja pūš stiprs vējš, baseins atdziest un ilgāks laiks to izvirdumam. Tādējādi var pieņemt, ka, jo siltāka Zeme kļūst, jo biežāk vajadzētu izvirdumi.
Pētījumi Čīlē
Geizeru izpēte tiek veikta visā pasaulē, taču daudziem nopietniem jautājumiem ir nepieciešami mērījumi geizeru iekšpusē. ASV nacionālajos parkos zinātniekiem nav atļauts veikt pētījumus geizeru iekšienē vai pat to tuvumā: vienmēr ir iespēja sabojāt vai ietekmēt geizeru, un nacionālo parku mērķis ir aizsargāt un saglabāt vidi, lai ikviens to varētu izbaudīt.
Gandrīz visi geizeri ir nacionālie parki, tāpēc zinātnieki ir izstrādājuši vienošanos ar vietējām kopienām par geizeru izpēti Čīlē. Viņiem bija atļauts veikt noteiktus mērījumus, kas neiznīcina geizerus, ja vien tie nekaitēja geizeriem. Šī vienošanās ļauj pētniekiem izmērīt temperatūru un spiedienu geizerā, kā arī paraugus ņemt un monitorēt šķidrumus sīkāk, nekā tas būtu iespējams citur.
Čīlei ir vairāki geizeri, kas ir īpaši interesanti. El Jefe geizeru, kuru spāņu valodā sauc par “Boss”, ir ļoti skaists: tas ir ļoti mazs un tā izvirdumi sasniedz pāris metru augstumu, kas ir nedaudz vairāk par cilvēka augumu. Maza izmēra dēļ to ir viegli studēt. Turklāt tas ir viens no visparastākajiem geizeriem pasaulē. Tas iznāk ik pēc 140 sekundēm, plus vai mīnus 1 sekunde. Viņam nav svarīgi, kāda ir gaisa temperatūra, +20 vai -10 ° C, nav svarīgi, vai pūš vējš. Tā regularitātes dēļ mēs varam eksperimentēt. Mēs varam veikt mērījumus no iekšpuses vai pievienot nedaudz auksta ūdens, lai izpētītu, cik ilgs laiks būs vajadzīgs, lai viņš atgūtu. Tas viss padara to par perfektu sistēmas piemēru, kuru mēs varam izmantot kā modeli pamata procesu izpratnei.
Jaunākie atklājumi
Ir daži īpaši pārsteidzoši atklājumi. Viena lieta identificē un apstiprina to, ka pie geizeriem ir lieli iegriezumi, kurus dažreiz sauc par “burbuļu slazdiem”, kas ir ļoti skaidrs šī principa piemērs: jūs varat redzēt burbuļus, kas paceļas verdošā ūdenī, viņi ieslodzās šajā iecirtumā un kā tikai pāris tajā kļūst pietiekami, sākas izvirdums. Šos slazdus parasti atpazīst pēc skaņas, ko rada burbuļi. Skaņa pārvietojas pa augsni, un to var reģistrēt ar seismometru. Turklāt geizeru iekšpusē tika ievietotas videokameras, un burbuļu parādīšanās tika ierakstīta video. Tagad jautājums ir tikai par to, vai šī izturēšanās ir raksturīga visiem geizeriem vai tikai labi izpētītajiem.
Cita novērojuma nozīme ir tā, ka mēs tagad varam izmērīt ūdens kustības ātrumu geizerā. Balstoties uz to, mēs varam teikt, ka tie, visticamāk, izvirdīs ar skaņas ātrumu. Un mēs faktiski varam izmērīt un pārbaudīt šo hipotēzi. Tagad ir svarīgi saprast, vai šie atklājumi ir universāli vai specifiski konkrētajiem pētītajiem geizeriem. Un tas mūs ved uz daudziem atvērtiem jautājumiem, uz kuriem joprojām nav atbildes.
Jeloustonas Nacionālais parks / Foto: unsplash.com
Atvērtie jautājumi
Ir daži pamata jautājumi, uz kuriem vēl nav jāatbild. Kāpēc geizeri pastāv? Kāpēc viņi vienkārši nekļūst par karstajiem avotiem? Vai izvirdums sākas geizatora augšpusē vai arī kaut kas svarīgs notiek lielā dziļumā? Vai zem zemes virsmas ir kaut kas īpašs, kas noved pie geizeru veidošanās? Mazi izvirdumi parasti notiek pirms galvenā izvirduma. Mēs vēlamies saprast, vai šie izvirdumi ir sagatavošanās galvenajiem izvirdumiem vai arī tie ir tikai vājāki izvirdumi. Mēs arī vēlamies uzzināt, cik daudz masas un enerģijas geizeru nonāk virspusē, kā un kāpēc tie eksplodē ārējas ietekmes ietekmē.
Ko tas viss nozīmē? Uz Zemes ir plūdmaiņas, tās deformē zemi, un tas var izraisīt izvirdumu. Dabas izmaiņas var ietekmēt izvirdumus, un arī nesenajām zemestrīcēm var būt ietekme. Tāpēc mēs vēlamies uzzināt, kā tieši tas viss ietekmē geizerus un to funkcionalitāti. Mēs arī vēlamies uzzināt, cik ātri materiāls eksplodē. Savos modeļos vulkānu izpētei mēs pieņemam, ka tas notiek ar skaņas ātrumu, bet geizeros mēs varam šo modeli pārbaudīt. Ņemot vērā to, cik daudz informācijas ir savākts no nesenajiem mērījumiem, pastāv liela iespēja, ka uz daudziem no šiem jautājumiem tiks atbildēts.
Maikls Manga