Geyser - Geyser

geyser
Eruzione del geyser Strokkur, vista ravvicinata.jpg
Geyser Strokkur , Islanda
Formato da Particolari condizioni idrogeologiche che esistono in pochi luoghi della Terra
Uno spaccato di un geyser in azione

Un geyser ( / ɡ z ər / , UK : / ɡ Í z ər / ) è una molla caratterizzata da una scarica intermittente di acqua espulsa turbolento e accompagnato da vapore. Essendo un fenomeno abbastanza raro, la formazione dei geyser è dovuta a particolari condizioni idrogeologiche che esistono solo in pochi luoghi sulla Terra. Generalmente tutti i siti di geyser si trovano vicino ad aree vulcaniche attive e l'effetto geyser è dovuto alla vicinanza del magma . Generalmente, l'acqua superficiale si fa strada fino a una profondità media di circa 2.000 metri (6.600 piedi) dove entra in contatto con le rocce calde. L'ebollizione risultante dell'acqua pressurizzata provoca l'effetto geyser di acqua calda e vapore che fuoriesce dallo sfiato superficiale del geyser ( un'esplosione idrotermale ).

L'attività eruttiva di un geyser può cambiare o cessare a causa della continua deposizione di minerali all'interno dell'impianto idraulico del geyser, dello scambio di funzioni con le vicine sorgenti termali , delle influenze del terremoto e dell'intervento umano. Come molti altri fenomeni naturali, i geyser non sono esclusivi del pianeta Terra. Eruzioni simili a getti , spesso chiamate criogeyser , sono state osservate su molte delle lune del sistema solare esterno. A causa delle basse pressioni ambientali, queste eruzioni sono costituite da vapore senza liquido; sono resi più facilmente visibili da particelle di polvere e ghiaccio trasportate in alto dal gas. Getti di vapore acqueo sono stati osservati vicino al polo sud della luna di Saturno Encelado , mentre eruzioni di azoto sono state osservate sulla luna di Nettuno Tritone . Ci sono anche segni di eruzioni di anidride carbonica dalla calotta polare meridionale di Marte . Nel caso di Encelado, si ritiene che i pennacchi siano guidati da energia interna. Nel caso dello sfiato su Marte e Tritone, l'attività potrebbe essere il risultato del riscaldamento solare tramite un effetto serra allo stato solido . In tutti e tre i casi, non ci sono prove del sistema idrologico del sottosuolo che differenzia i geyser terrestri da altri tipi di sfiato, come le fumarole.

Etimologia

Il termine 'geyser' in inglese risale alla fine del XVIII secolo e deriva da Geysir , che in Islanda è un geyser . Il suo nome significa "colui che zampilla".

Forma e funzione

I geyser sono caratteristiche geologiche non permanenti. I geyser sono generalmente associati alle aree vulcaniche. Quando l'acqua bolle, la pressione risultante spinge una colonna surriscaldata di vapore e acqua in superficie attraverso l'impianto idraulico interno del geyser. La formazione dei geyser richiede specificamente la combinazione di tre condizioni geologiche che si trovano solitamente nei terreni vulcanici: calore intenso, acqua e un sistema idraulico.

Il calore necessario per la formazione del geyser proviene dal magma che deve essere vicino alla superficie della terra. Affinché l'acqua riscaldata formi un geyser, è necessario un sistema idraulico fatto di fratture , fessure , spazi porosi e talvolta cavità. Ciò include un serbatoio per contenere l'acqua mentre viene riscaldata. I geyser sono generalmente allineati lungo le faglie .

eruzioni

Geyser che esplode 1 grande.jpgGeyser che esplode 2 large.jpg
Geyser che esplode 4 large.jpgGeyser che esplode 3 large.jpg
Geyser Strokkur in eruzione (in senso orario da sinistra in alto)
  1. Il vapore sale dall'acqua riscaldata
  2. Gli impulsi d'acqua si gonfiano verso l'alto
  3. La superficie è rotta
  4. L'acqua espulsa fuoriesce verso l'alto e ricade nel tubo

L'attività dei geyser, come tutte le attività termali, è causata dall'acqua superficiale che filtra gradualmente attraverso il terreno fino a incontrare la roccia riscaldata dal magma . Nelle sorgenti termali non eruttive, l' acqua riscaldata geotermica risale poi verso la superficie per convezione attraverso rocce porose e fratturate, mentre nei geyser l'acqua viene invece spinta verso l'alto in modo esplosivo dall'alta pressione creata quando l'acqua bolle sotto. I geyser differiscono anche dalle sorgenti termali non eruttive nella loro struttura sotterranea; molti sono costituiti da un piccolo sfiato in superficie collegato a uno o più tubi stretti che portano a serbatoi sotterranei di acqua e roccia a tenuta di pressione.

Man mano che il geyser si riempie, l'acqua nella parte superiore della colonna si raffredda, ma a causa della ristrettezza del canale, è impossibile il raffreddamento convettivo dell'acqua nel serbatoio. L'acqua più fredda sopra preme sull'acqua più calda sottostante, non diversamente dal coperchio di una pentola a pressione , permettendo all'acqua nel serbatoio di surriscaldarsi , cioè di rimanere liquida a temperature ben al di sopra del punto di ebollizione a pressione standard.

Alla fine, le temperature vicino al fondo del geyser salgono a un punto in cui inizia l'ebollizione che costringe le bolle di vapore a salire in cima alla colonna. Mentre esplodono attraverso lo sfiato del geyser, dell'acqua trabocca o schizza, riducendo il peso della colonna e quindi la pressione sull'acqua sottostante. Con questo rilascio di pressione, l'acqua surriscaldata si trasforma in vapore , bollendo violentemente in tutta la colonna. La schiuma risultante di vapore in espansione e acqua calda viene quindi spruzzata fuori dallo sfiato del geyser.

Un requisito chiave che consente l'eruzione di un geyser è un materiale chiamato geyserite che si trova nelle rocce vicino al geyser. Geyserite-principalmente biossido di silicio (SiO 2 ), viene sciolto dalle rocce e si deposita sulle pareti del sistema idraulico del geyser e sulla superficie. I depositi rendono a tenuta di pressione i canali che portano l'acqua fino alla superficie. Ciò consente di portare la pressione fino in cima e di non disperdere nella ghiaia o nel terreno che si trovano normalmente sotto i campi di geyser.

Alla fine l'acqua rimasta nel geyser si raffredda al di sotto del punto di ebollizione e l'eruzione termina; l'acqua sotterranea riscaldata inizia a filtrare nuovamente nel serbatoio e l'intero ciclo ricomincia. La durata delle eruzioni e il tempo tra le eruzioni successive variano notevolmente da geyser a geyser; Lo Strokkur in Islanda erutta per pochi secondi ogni pochi minuti, mentre il Grand Geyser negli Stati Uniti erutta per un massimo di 10 minuti ogni 8-12 ore.

Classificazione generale

Esistono due tipi di geyser: geyser a fontana che eruttano da pozze d'acqua, tipicamente in una serie di esplosioni intense, anche violente; e geyser a cono che eruttano da coni o cumuli di sinterizzazione silicea (compresa la geyserite ), di solito in getti costanti che durano da pochi secondi a diversi minuti. Old Faithful , forse il geyser più noto del Parco Nazionale di Yellowstone, è un esempio di geyser a cono. Grand Geyser , il geyser prevedibile più alto sulla terra, (sebbene Geysir in Islanda sia più alto, non è prevedibile), anche nel Parco Nazionale di Yellowstone, è un esempio di geyser con fontana.

Il geyser erutta e soffia lateralmente da una piscina.
Un alto geyser d'acqua erutta dalla terra scarsamente vegetata.
Il Fountain Geyser che erutta dalla piscina (a sinistra) e il geyser Old Faithful ( geyser a cono con un cumulo di sinterizzazione silicea) nel Parco Nazionale di Yellowstone eruttano approssimativamente ogni 91 minuti (a destra).

Ci sono molte aree vulcaniche nel mondo che hanno sorgenti termali , vasi di fango e fumarole , ma pochissime hanno geyser in eruzione. La ragione principale della loro rarità è perché più intense forze transitorie devono verificarsi simultaneamente affinché un geyser possa esistere. Ad esempio, anche quando esistono altre condizioni necessarie, se la struttura rocciosa è allentata, le eruzioni eroderanno i canali e distruggeranno rapidamente tutti i geyser nascenti.

Di conseguenza, la maggior parte dei geyser si forma in luoghi dove c'è roccia vulcanica di riolite che si dissolve in acqua calda e forma depositi minerali chiamati sinterizzazione silicea, o geyserite, lungo l'interno dei sistemi idraulici che sono molto sottili. Nel tempo, questi depositi rafforzano le pareti del canale cementando saldamente la roccia, consentendo così al geyser di persistere.

I geyser sono fenomeni fragili e se le condizioni cambiano, possono andare in letargo o estinguersi. Molti sono stati distrutti semplicemente da persone che vi hanno gettato detriti, mentre altri hanno smesso di eruttare a causa del prosciugamento delle centrali geotermiche . Tuttavia, il Geysir in Islanda ha avuto periodi di attività e dormienza. Durante i suoi lunghi periodi dormienti, le eruzioni venivano talvolta indotte artificialmente, spesso in occasioni speciali, mediante l'aggiunta di saponi tensioattivi all'acqua.

Biologia

Piscina blu surreale circondata da bordo arancione su fondo viola.
Gli ipertermofili producono alcuni dei colori vivaci della Grand Prismatic Spring , nel Parco Nazionale di Yellowstone

I colori specifici dei geyser derivano dal fatto che nonostante le condizioni apparentemente dure, spesso in essi (e anche in altri ambienti caldi ) si trova vita sotto forma di procarioti termofili . Nessun eucariota conosciuto può sopravvivere a più di 60  °C (140  °F ).

Negli anni '60, quando apparve per la prima volta la ricerca sulla biologia dei geyser, gli scienziati erano generalmente convinti che nessuna vita potesse sopravvivere al di sopra di una temperatura massima di circa 73 °C (163 °F), il limite superiore per la sopravvivenza dei cianobatteri , poiché la struttura dei le proteine cellulari e l' acido desossiribonucleico (DNA) verrebbero distrutti. La temperatura ottimale per i batteri termofili è stata posta ancora più in basso, intorno ai 55 °C in media (131 °F).

Tuttavia, le osservazioni hanno dimostrato che è effettivamente possibile che la vita esista a temperature elevate e che alcuni batteri preferiscono persino temperature superiori al punto di ebollizione dell'acqua . Sono note dozzine di tali batteri. I termofili preferiscono temperature da 50 a 70 ° C (da 122 a 158 ° F), mentre gli ipertermofili crescono meglio a temperature da 80 a 110 ° C (da 176 a 230 ° F). Poiché hanno enzimi termostabili che mantengono la loro attività anche a temperature elevate, sono stati utilizzati come fonte di strumenti termostabili , importanti in medicina e biotecnologia , ad esempio nella produzione di antibiotici , materie plastiche , detergenti (tramite l'uso di calore -enzimi lipasi , pullulanasi e proteasi stabili ) e prodotti di fermentazione (ad esempio si produce etanolo ). Tra questi, il primo scoperto e il più importante per le biotecnologie è Thermus aquaticus .

Principali giacimenti di geyser e loro distribuzione

Mappa che mostra che le posizioni dei geyser tendono a raggrupparsi in aree specifiche del mondo.
Distribuzione dei principali geyser nel mondo.

I geyser sono piuttosto rari e richiedono una combinazione di acqua , calore e tubature fortuite . La combinazione esiste in pochi posti sulla Terra.

Parco nazionale di Yellowstone, USA

Yellowstone è il più grande locale di geyser, contenente migliaia di sorgenti termali e circa 300-500 geyser. Ospita la metà del numero totale mondiale di geyser nei suoi nove bacini di geyser. Si trova principalmente nel Wyoming , negli Stati Uniti, con piccole porzioni nel Montana e nell'Idaho . Yellowstone include il geyser attivo più alto del mondo ( Steamboat Geyser nel Norris Geyser Basin ).

Valle dei Geyser, Russia

La Valle dei Geyser (in russo : Долина гейзеров ) situata nella penisola di Kamchatka in Russia è l'unico campo di geyser in Eurasia e la seconda più grande concentrazione di geyser al mondo. L'area è stata scoperta ed esplorata da Tatyana Ustinova nel 1941. Nell'area esistono circa 200 geyser insieme a molte sorgenti di acqua calda e zampilli perenni. L'area si è formata a causa di una vigorosa attività vulcanica . Il modo peculiare delle eruzioni è una caratteristica importante di questi geyser. La maggior parte dei geyser erutta ad angoli e solo pochissimi hanno i coni di geyser che esistono in molti altri campi di geyser del mondo. Il 3 giugno 2007, una massiccia colata di fango ha interessato due terzi della valle. È stato poi riferito che un lago termale si stava formando sopra la valle. Pochi giorni dopo, è stato osservato che le acque si sono leggermente ritirate, esponendo alcune delle caratteristiche sommerse. Velikan Geyser , uno dei più grandi del campo, non è stato sepolto nella diapositiva ed è stato recentemente osservato essere attivo.

El Tatio, Cile

Un geyser che ribolle nel campo di geyser di El Tatio

Il nome "El Tatio" deriva dalla parola quechua per forno . El Tatio si trova nelle alte valli delle Ande, circondato da molti vulcani attivi in Cile , in Sud America, a circa 4.200 metri (13.800 piedi) sul livello medio del mare. La valle ospita attualmente circa 80 geyser. È diventato il più grande campo di geyser nell'emisfero australe dopo la distruzione di molti dei geyser della Nuova Zelanda (vedi sotto), ed è il terzo più grande campo di geyser al mondo. La caratteristica saliente di questi geyser è che l'altezza delle loro eruzioni è molto bassa, la più alta è alta solo sei metri (20 piedi), ma con colonne di vapore che possono superare i 20 metri (66 piedi). L'altezza media dell'eruzione del geyser a El Tatio è di circa 750 millimetri (30 pollici).

Zona vulcanica di Taupo, Nuova Zelanda

La zona vulcanica di Taupo si trova sull'isola settentrionale della Nuova Zelanda . È lungo 350 chilometri (217 mi) e largo 50 km (31 mi) e giace su una zona di subduzione nella crosta terrestre. Il monte Ruapehu segna la sua estremità sud-occidentale, mentre il vulcano sottomarino Whakatane (85 km o 53 miglia oltre White Island ) è considerato il suo limite nord-orientale. Molti geyser in questa zona sono stati distrutti a causa degli sviluppi geotermici e di un bacino idroelettrico, ma esistono ancora diverse dozzine di geyser. All'inizio del XX secolo, in questa zona esisteva il più grande geyser mai conosciuto, il Waimangu Geyser . Ha iniziato a eruttare nel 1900 ed ha eruttato periodicamente per quattro anni fino a quando una frana ha cambiato la falda freatica locale . Le eruzioni di Waimangu raggiungerebbero in genere i 160 metri (520 piedi) e si sa che alcuni superburst hanno raggiunto i 500 metri (1.600 piedi). Recenti lavori scientifici indicano che la crosta terrestre al di sotto della zona potrebbe avere uno spessore di appena cinque chilometri (3,1 miglia). Sotto questo si trova un film di magma largo 50 chilometri (30 miglia) e lungo 160 chilometri (100 miglia).

Islanda

A causa dell'alto tasso di attività vulcanica in Islanda, è sede di alcuni famosi geyser nel mondo. Ci sono circa 20-29 geyser attivi nel paese e numerosi geyser precedentemente attivi. I geyser islandesi sono distribuiti nella zona che si estende da sud-ovest a nord-est, lungo il confine tra la placca euroasiatica e la placca nordamericana . La maggior parte dei geyser islandesi ha una vita relativamente breve, è anche caratteristico che molti geyser qui vengano riattivati ​​o creati di recente dopo i terremoti, diventando dormienti o estinti dopo alcuni anni o alcuni decenni.

I due geyser più importanti dell'Islanda si trovano a Haukadalur . Il Grande Geysir , che eruttò per la prima volta nel 14° secolo, diede origine alla parola geyser . Nel 1896, Geysir era quasi dormiente prima che un terremoto di quell'anno causasse la ripresa delle eruzioni, che si verificavano più volte al giorno, ma nel 1916 le eruzioni cessarono del tutto. Per gran parte del XX secolo, di tanto in tanto si sono verificate eruzioni, di solito a seguito di terremoti. Alcuni miglioramenti artificiali sono stati apportati alla primavera e le eruzioni sono state forzate con il sapone in occasioni speciali. I terremoti del giugno 2000 hanno successivamente risvegliato il gigante per un po' di tempo, ma attualmente non sta eruttando regolarmente. Il vicino geyser Strokkur erutta ogni 5-8 minuti ad un'altezza di circa 30 metri (98 piedi).

Si sa che i geyser sono esistiti in almeno una dozzina di altre aree dell'isola. Alcuni ex geyser hanno sviluppato fattorie storiche, che hanno beneficiato dell'uso dell'acqua calda fin dal medioevo.

Campi di geyser estinti e dormienti

C'erano due grandi giacimenti di geyser in Nevada - Beowawe e Steamboat Springs - ma sono stati distrutti dall'installazione di vicine centrali geotermiche. Negli impianti, la perforazione geotermica ha ridotto il calore disponibile e abbassato la falda freatica locale al punto che l'attività dei geyser non poteva più essere sostenuta.

Molti dei geyser della Nuova Zelanda sono stati distrutti dagli umani nel secolo scorso. Diversi geyser della Nuova Zelanda sono diventati dormienti o estinti con mezzi naturali. Il principale campo rimanente è Whakarewarewa a Rotorua . Due terzi dei geyser di Orakei Korako sono stati allagati dalla diga idroelettrica di Ohakuri nel 1961. Il campo di Wairakei è stato perso a causa di una centrale geotermica nel 1958. Il campo di Taupo Spa è stato perso quando il livello del fiume Waikato è stato deliberatamente alterato negli anni '50. Il campo di Rotomahana fu distrutto dall'eruzione del Monte Tarawera nel 1886.

Geyser con nomi sbagliati

Esistono vari altri tipi di geyser di natura diversa rispetto ai normali geyser a vapore. Questi geyser differiscono non solo per il loro stile di eruzione ma anche per la causa che li fa eruttare.

Geyser artificiali

In un certo numero di luoghi dove c'è attività geotermica, sono stati perforati pozzi e dotati di battenti impermeabili che consentono loro di eruttare come geyser. Gli sfiati di tali geyser sono artificiali, ma sono collegati a sistemi idrotermali naturali. Questi cosiddetti geyser artificiali , tecnicamente noti come pozzi geotermici in eruzione , non sono veri geyser. Little Old Faithful Geyser, a Calistoga, California , ne è un esempio. Il geyser erutta dall'involucro di un pozzo perforato alla fine del XIX secolo. Secondo il Dr. John Rinehart nel suo libro A Guide to Geyser Gazing (1976 p. 49), un uomo aveva perforato il geyser in cerca di acqua. Aveva "semplicemente aperto un geyser morto".

sputatore perpetuo

Si tratta di una sorgente termale naturale che sgorga acqua costantemente senza fermarsi per ricaricarsi. Alcuni di questi sono erroneamente chiamati geyser, ma poiché non sono di natura periodica non sono considerati veri geyser.

Commercializzazione

Gli astanti osservano l'eruzione di un geyser nelle vicinanze.
Il geyser Strokkur in Islanda – un luogo turistico.

I geyser sono utilizzati per varie attività come la produzione di elettricità , il riscaldamento e il turismo . Molte riserve geotermiche si trovano in tutto il mondo. I giacimenti di geyser in Islanda sono alcuni dei luoghi di geyser commercialmente più redditizi al mondo. Dagli anni '20 l'acqua calda diretta dai geyser è stata utilizzata per riscaldare le serre e per coltivare alimenti che altrimenti non avrebbero potuto essere coltivati ​​nel clima inospitale dell'Islanda. Il vapore e l'acqua calda dei geyser sono stati utilizzati anche per il riscaldamento delle case dal 1943 in Islanda. Nel 1979 il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) ha promosso attivamente lo sviluppo dell'energia geotermica nella "Geyser-Calistoga Known Geothermal Resource Area" (KGRA) vicino a Calistoga, in California, attraverso una serie di programmi di ricerca e il Programma di garanzia del prestito geotermico. Il Dipartimento è obbligato per legge a valutare i potenziali impatti ambientali dello sviluppo geotermico.

criogeyser

Ci sono molti corpi nel Sistema Solare in cui sono state osservate o si ritiene che si verifichino eruzioni simili a getti, spesso chiamate criogeyser ( crio che significa "freddo ghiacciato"). Nonostante il nome ea differenza dei geyser sulla Terra , questi rappresentano eruzioni di sostanze volatili , insieme a polvere trascinata o particelle di ghiaccio, senza liquido. Non ci sono prove che i processi fisici coinvolti siano simili ai geyser. Questi pennacchi potrebbero assomigliare più da vicino alle fumarole .

  • Encelado
Sono stati osservati pennacchi di vapore acqueo, insieme a particelle di ghiaccio e piccole quantità di altri componenti (come anidride carbonica , azoto , ammoniaca , idrocarburi e silicati ), eruttare da bocche associate alle " strisce di tigre " nella regione polare sud di Saturno 's luna Encelado dalla Cassini orbiter. Il meccanismo con cui vengono generati i pennacchi rimane incerto, ma si ritiene che siano alimentati almeno in parte dal riscaldamento mareale derivante dall'eccentricità orbitale dovuta a una risonanza orbitale di moto medio 2:1 con la luna Dione .
  • Europa
Nel dicembre 2013, il telescopio spaziale Hubble ha rilevato pennacchi di vapore acqueo sopra la regione polare sud di Europa , una delle lune galileiane di Giove . Si pensa che la lineae di Europa possa sfiatare questo vapore acqueo nello spazio, causato da processi simili che si verificano anche su Encelado.
  • Marte
Si ritiene che simili getti di anidride carbonica gassosa azionati dal riscaldamento solare eruttino dalla calotta polare sud di Marte ogni primavera. Sebbene queste eruzioni non siano state ancora osservate direttamente, lasciano tracce sotto forma di macchie scure e ventagli più chiari in cima al ghiaccio secco , che rappresentano sabbia e polvere trasportate in alto dalle eruzioni, e uno schema di solchi a forma di ragno creato sotto il ghiaccio da il gas che fuoriesce.
  • Tritone
Una delle grandi sorprese del sorvolo di Nettuno della Voyager 2 nel 1989 è stata la scoperta di eruzioni sulla sua luna Tritone . Gli astronomi hanno notato pennacchi scuri salire a circa 8 km sopra la superficie e depositare materiale fino a 150 km sottovento. Questi pennacchi rappresentano getti invisibili di azoto gassoso, insieme alla polvere. Tutti i geyser osservati erano situati vicino al punto subsolare di Tritone , indicando che il riscaldamento solare guida le eruzioni. Si pensa che la superficie di Triton sia costituita probabilmente da uno strato semitrasparente di azoto congelato sovrastante un substrato più scuro, che crea una sorta di " effetto serra solido ", riscaldando e vaporizzando l'azoto al di sotto della superficie del ghiaccio fino a quando la pressione rompe la superficie all'inizio di un'eruzione. Le immagini di Voyager dell'emisfero australe di Tritone mostrano molte strisce di materiale scuro depositate dall'attività dei geyser.
Striature scure depositate dai geyser su Tritone
Jets ritenuti geyser in eruzione da Encelado ' sottosuolo
Il modello del geyser freddo: una spiegazione proposta per il criovulcanesimo

Guarda anche

Appunti

Riferimenti

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