I geyser sono oggetti che vomitano acqua liquida e vapore al loro punto di ebollizione. Per definizione, quelli che chiamiamo geyser eruttano periodicamente (cioè regolarmente) o episodicamente, il che significa che gli intervalli di tempo tra le eruzioni non sono sempre gli stessi. Esistono molti altri modi per classificare i geyser. Ci sono geyser grandi e piccoli e ci sono geyser freddi che vomitano una miscela di acqua liquida e anidride carbonica. In generale, i geyser non sono molto comuni. Una volta in tutto il mondo erano circa mille, ma ora sono circa cinquecento. Stanno scomparendo perché le zone in cui si trovano i geyser hanno risorse geotermiche. L'energia geotermica viene utilizzata sempre di più a causa dei cambiamenti climatici. Basta iniziare ad estrarre liquidi per alimentare l'impianto geotermico,come i geyser iniziano a perdere la loro fonte di energia e acqua. Se continui questo processo abbastanza a lungo, tutti i geyser possono scomparire.
L'importanza di studiare i geyser
Ci sono tre ragioni per cui lo studio dei geyser è importante. Innanzitutto, i geyser sono modelli di eruzioni vulcaniche. Ci interessa come scoppiano, cosa provoca questa eruzione, come il liquido sale in superficie, come viene trasportato nell'atmosfera. I vulcani sono grandi e pericolosi, ma non eruttano molto spesso. I geyser sono piccoli e meno pericolosi ed eruttano molte volte. Una delle cose che vogliamo indagare dallo studio dei geyser è come comprendere e simulare il processo di eruzione. Possiamo anche testare una serie di strumenti geofisici sui geyser. Possiamo usare un sismometro per misurare il movimento della terra, possiamo misurare campi elettrici e magnetici, possiamo registrare video e possiamo anche provare a combinare tutti questi tipi di misurazioni per capirecosa succede durante l'eruzione. E poi possiamo provare a trasferire le nostre scoperte da piccoli geyser a grandi vulcani.
La seconda ragione per cui siamo interessati ai geyser è perché ci danno la capacità di capire come la Terra trasporta l'acqua. Ci sono cose chiamate sistemi geotermici che usiamo per l'energia geotermica. I sistemi geotermici producono materiali come depositi d'oro. Trasportando liquidi, possiamo trasportare tutti gli elementi che si dissolvono in esso. Lo studio dei geyser ci offre l'opportunità di vedere come la terra trasporta una miscela di vapore e acqua.
E la terza ragione è che i geyser sono un fenomeno interessante e affascinante. Se capiamo come la Terra trasporta fluidi ed energia, dobbiamo essere in grado di spiegare come funzionano i geyser. E la misura in cui non riusciamo a farlo ora ci indica che ci sono cose fondamentali sul trasferimento di calore della Terra che ancora non sappiamo.
Parco nazionale di Yellowstone / Foto: unsplash.com
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Inizia la ricerca sui geyser
La prima ricerca scientifica moderna sui geyser è stata condotta da Robert Bunsen, meglio conosciuto come l'inventore del becco Bunsen. Il becco Bunsen è il piccolo fornello che vedi nella tua classe. La sua scoperta ha portato all'invenzione della spettroscopia. Nel 1841 pubblicò un articolo sulle misurazioni effettuate all'interno di un geyser in Islanda. Queste misurazioni sono ancora rilevanti.
Una delle domande principali che ha posto è stata "Perché il geyser sta eruttando?" Si possono immaginare diversi metodi di eruzione: può iniziare sia nella parte superiore del geyser che alla sua base. Bunsen ha effettuato misurazioni mentre affondava sempre più nel geyser, misurando vari punti di ebollizione. Deve essere stato difficile nel 1841. Tuttavia, ha effettuato queste misurazioni nel geyser Geysir, da cui tutti gli altri geyser hanno preso il nome. Si scopre che in Islanda esiste un oggetto reale chiamato Geysir, e tutti gli altri geyser prendono il nome da lui.
Bunsen ha scoperto che più andiamo in profondità, più alta è la temperatura dell'acqua. Questa è anche una proprietà importante dell'acqua bollente: se la pressione aumenta, il punto di ebollizione scende. Quindi, se prendi l'acqua di una certa temperatura a grandi profondità e la sollevi più in alto, la pressione diminuirà. Più andiamo in profondità, maggiore è la pressione. E sarà vero anche il contrario: se ci spostiamo da più profondo a meno profondo, il punto di ebollizione diminuisce.
Quindi iniziamo con l'acqua calda, la spostiamo in una zona di bassa pressione, l'acqua inizia a bollire e si verifica un'eruzione. E se continuiamo a pompare acqua fuori dal geyser, tutto il resto dell'acqua cade sotto l'influenza della bassa pressione e l'eruzione continua. Presumibilmente questo continuerà fino a quando l'acqua non si esaurirà. Quindi riempiamo il geyser e lo riscaldiamo. In altri campi della scienza, questo è chiamato ebollizione di decompressione. In generale, questo è il modo principale in cui la Terra produce rocce vulcaniche. Prendiamo la roccia, la trasferiamo nella zona di bassa pressione: si scioglie. Forse i geyser funzionano allo stesso modo. Bunsen propose questa teoria nel 1841.
La nascita di nuovi geyser
In linea di principio, in un'area in cui esistono già molti geyser, dovrebbero apparire nuovi oggetti. Inoltre, devono apparire perché alcuni di loro muoiono. In effetti, non capiamo bene cosa contribuisca alla nascita di un nuovo geyser. Ci sono suggerimenti che appaiono come risultato di un'esplosione. Se il vapore e l'acqua si accumulano sottoterra, si può creare un'esplosione, chiamata esplosione idrotermale. Questo accade in posti come Yellowstone. L'importanza dell'esplosione è che crea un buco o una cavità, necessaria affinché il geyser accumuli acqua e vapore.
Tuttavia, gli scienziati riescono a creare geyser nei laboratori senza creare grandi depressioni. Inoltre, gli scienziati creano geyser nei laboratori da oltre cento anni. Il metodo è abbastanza semplice: tutto ciò che serve per questo è calore e acqua. Gli scienziati prendono un contenitore d'acqua, lo riscaldano dal basso - alla fine l'acqua bolle. L'acqua bollente si muove attraverso il geyser e si verifica un'eruzione. Quando il vapore o il calore finiscono, l'eruzione si ferma.
La logica per studiare i geyser in un laboratorio è capire come le diverse variabili influenzano un'eruzione. Ci sono molte variabili da considerare: quanto è grande la gamma di riscaldamento, qual è la geometria e così via. Ciò fornisce una panoramica su come il calore e la massa vengono trasportati in un sistema caldo. Pertanto, gli esperimenti di laboratorio possono essere utilizzati per comprendere meglio i geyser naturali.
Conseguenze del riscaldamento globale
Ci sono solo pochi posti sulla Terra dove puoi trovare geyser. C'è il Parco Nazionale di Yellowstone, dove si trova circa la metà di tutti i geyser, la Valle dei Geyser in Kamchatka, la Valle dei Geyser El Tatio in Cile, molti sono in Nuova Zelanda, alcuni sono in Africa e altri ancora in Islanda. Hanno tutti tre caratteristiche.
Valle dei geyser El Tatio, Cile / Foto: pixabay.com
Il primo è la recente attività vulcanica. Questo è importante poiché i geyser hanno bisogno di calore. Se non c'è calore fornito dai giovani vulcani, è difficile che appaiano i geyser. In secondo luogo, la maggior parte di queste zone è stata recentemente ricoperta di ghiacciai. Potrebbero aver contribuito alla creazione del giusto tipo di materiali necessari per alimentare i geyser. Anche l'acqua è necessaria: questa è la terza caratteristica. La maggior parte dei luoghi nominati ha accesso a un grande volume d'acqua, ad eccezione del Cile, dove si trovano i geyser nel deserto di Atacama. Lì l'acqua, molto probabilmente, proviene da una falda acquifera sotterranea profonda (acquifero) e crea geyser.
Di conseguenza, l'idea che il riscaldamento globale possa influenzare i geyser deve suonare strana. Ma questo non è il caso per due ragioni. Il primo si riferisce al fatto che i geyser hanno bisogno di acqua, la sua assenza li influenzerà. Il secondo è che il fatto che ci siano così pochi geyser suggerisce che siano sensibili al loro ambiente. In condizioni più fredde, ci vuole più tempo per riscaldare il geyser. Questo rende i geyser freddi un interessante oggetto di studio.
Un bacino di geyser di solito ha un serbatoio d'acqua in superficie. I geyser eruttano attraverso questo bacino, che è molto sensibile ai cambiamenti della temperatura dell'aria. A Yellowstone Park, c'è Daisy Geyser, che erutta meno frequentemente in inverno che in estate. È anche sensibile al vento: se soffia un vento forte, la piscina si raffredda e impiega più tempo per eruttare. Pertanto, si può presumere che più calda diventa la Terra, più spesso dovrebbero verificarsi eruzioni.
Ricerca in Cile
La ricerca sui geyser viene effettuata in tutto il mondo, ma molte domande serie richiedono misurazioni all'interno del geyser. Nei parchi nazionali degli Stati Uniti, gli scienziati non sono autorizzati a condurre ricerche all'interno o anche vicino ai geyser: c'è sempre la possibilità di danneggiare o danneggiare il geyser e l'obiettivo dei parchi nazionali è proteggere e preservare l'ambiente in modo che tutti possano goderne.
Quasi tutti i geyser sono parchi nazionali, quindi gli scienziati hanno elaborato un accordo con le comunità locali per studiare i geyser in Cile. Sono stati autorizzati a eseguire determinate misurazioni che non distruggevano i geyser purché non danneggiassero i geyser. Questo accordo consente ai ricercatori di misurare la temperatura e la pressione all'interno del geyser, nonché di campionare e monitorare i liquidi in modo più dettagliato di quanto sarebbe possibile altrove.
Il Cile ha diversi geyser particolarmente interessanti. Il geyser El Jefe, che in spagnolo si chiama "Boss", è molto bello: è di dimensioni molto ridotte e le sue eruzioni raggiungono un'altezza di un paio di metri, poco più dell'altezza di una persona. Grazie alle sue piccole dimensioni, è facile da studiare. Inoltre, è uno dei geyser più regolari al mondo. Esplode ogni 140 secondi, più o meno 1 secondo. Non importa per lui quale sia la temperatura dell'aria, +20 o -10 ° C, non importa se soffia il vento. A causa della sua regolarità, possiamo sperimentare su di esso. Possiamo prendere misure dall'interno o aggiungere dell'acqua fredda per studiare quanto tempo ci vorrà per riprendersi. Tutto ciò lo rende un perfetto esempio di un sistema che possiamo usare come modello per comprendere i processi di base.
Scoperte recenti
Ci sono alcune scoperte particolarmente sorprendenti. Una cosa identifica e conferma che ci sono grandi tacche vicino ai geyser, a volte chiamate "trappola di bolle", che è una dimostrazione molto chiara di questo principio: puoi vedere le bolle che si alzano nell'acqua bollente, rimangono intrappolate in questa tacca, e come solo un paio in esso diventa sufficiente, inizia un'eruzione. Queste trappole sono generalmente riconosciute dal suono prodotto dalle bolle. Il suono viaggia attraverso il suolo e può essere registrato con un sismometro. Inoltre, all'interno dei geyser sono state posizionate videocamere e sul video è stata registrata la comparsa di bolle. La domanda ora è solo se questo comportamento è tipico di tutti i geyser o solo di quelli ben studiati.
L'importanza di un'altra osservazione è che ora siamo in grado di misurare la velocità del movimento dell'acqua all'interno del geyser. Sulla base di ciò, possiamo dire che molto probabilmente stanno eruttando alla velocità del suono. E possiamo effettivamente misurare e testare questa ipotesi. Ora è importante capire se queste scoperte sono universali o specifiche per i particolari geyser studiati. E questo ci porta a molte domande aperte che ancora non hanno risposta.
Parco nazionale di Yellowstone / Foto: unsplash.com
Domande aperte
Ci sono alcune domande di base a cui non è ancora stata data risposta. Perché esistono i geyser? Perché non diventano solo sorgenti termali? L'eruzione inizia nella parte superiore del geyser o sta accadendo qualcosa di importante a grandi profondità? C'è qualcosa di speciale sotto la superficie della terra che porta alla formazione di geyser? Di solito si verificano piccole eruzioni prima dell'eruzione principale. Vogliamo capire se queste eruzioni sono una preparazione per le eruzioni principali o sono semplicemente eruzioni più deboli. Vogliamo anche sapere quanta massa ed energia i geyser trasferiscono in superficie, come e perché esplodono sotto l'influenza di influenze esterne.
Cosa significa tutto questo? Ci sono maree sulla Terra, deformano la Terra e questo può causare un'eruzione. I cambiamenti nella natura possono influenzare le eruzioni e anche i recenti terremoti possono avere un impatto. Pertanto, vogliamo sapere come esattamente tutto ciò influisce sui geyser e sulla loro funzionalità. Vogliamo anche sapere quanto velocemente il materiale esplode. Nei nostri modelli per l'esplorazione dei vulcani, assumiamo che ciò avvenga alla velocità del suono, ma nei geyser possiamo testare questo modello. Data la quantità di informazioni raccolte da misurazioni recenti, ci sono buone probabilità che molte di queste domande riceveranno risposta.
Michael Manga
