Какие бывают газовые колонки: Как правильно выбрать газовую колонку для квартиры и для частного дома

При сравнении работы газовой колонки с работой электрических нагревателей видно, что при прочих равных эффективность газовых устройств на 25% превышает аналогичные показатели у других агрегатов.

Между собой газовые колонки разных типов хоть и различаются, но не имеют принципиальных отличий. Во всяком случае, различия эти не касаются экономии в использовании топлива, а относятся к типу поджига и т.п. Существуют варианты с пьезоподжигом, в который механическая энергия преобразуется в искру, воспламеняющую газ. Также популярны приборы с электронным розжигом, в которых источником искры являются обыкновенный батарейки. Как правило, батареек хватает на период продолжительностью около года. Горелки с электронным принципом поджигания автоматически прекращают подачу газа при закрывании крана.

Среди самых современных вариантов можно выделить газовые колонки с гидрогенератором — эти устройства преобразуют в электричество силу водного потока. После того, как газ начинает гореть, пламя поддерживается автоматически. Они отличаются более дорогой ценой, которая обусловлена полной автоматизацией процесса, отсутствием трат на расходные материалы и технологичностью процессов, проходящих внутри.

Как пользоваться газовой колонкой

Те, кто привык использовать газовые колонки времен СССР, помнят, сколько всего надо было знать, чтобы просто включить ее для нагрева воды и сделать этот процесс безопасным. Сегодня все эти знания больше не нужны, так как устройство само регулирует большинство процессов. Вне зависимости от того, какой именно принцип работы использует колонка, пользователю придется только включить ее, а дальше механизмы работы будут проходить в автоматическом режиме. Риск произвольного затухания фитиля исключен, равно как и возможность подачи газа при отсутствии пламени.

Конструкция газовых колонок

К колонке подводят три трубы:

• по одной подводится газ;
• по второй идет холодная вода;
• по третьей из агрегата выходит горячая вода.

Когда пользователь открывает кран, устройство автоматически открывает клапан, отвечающий за подачу газа в горелку. В горелке в этот момент появляется искра, воспламеняющая газ. В результате сгорания выделяется тепло, которое передается холодной воде. Отработанные газ идут в систему вентиляции и выводятся наружу. Эти принципы используются на протяжении многих лет, однако современные производители сделали их максимально безопасными и эффективными, устранив большинство недостатков, которые раздражали пользователей.

Комфорт в использовании проточных газовых нагревателей воды обеспечивает автоматизация большинства узлов, которые можно найти в подавляющем большинстве разновидностей подобных устройств.

Гейзер — Факты и информация

Земля гудит под ногами. Вы слышите хлопающий звук и шипящий звук. Внезапно бесчисленные галлоны обжигающей горячей воды вместе со сжатым паром выбрасываются на сотни футов в воздух. В чем причина этого странного явления?

Факты о гейзерах

• Есть два основных типа гейзеров: паровые и холодноводные.
• Паровые гейзеры возникают, когда вода глубоко под поверхностью Земли нагревается горячей магмой и вызывает повышение давления.
• В больших масштабах времени гейзеры существуют только временно. Есть ряд причин, по которым гейзер сформируется или перейдет в спящий режим.
• Гейзеры существуют и на других планетах и ​​спутниках. На других планетах они извергают химические пары, лед и пыль.
• Самый известный гейзер — Old Faithful, расположенный в Йеллоустонском национальном парке, штат Вайоминг, США.
• Самый высокий в мире гейзер — Steamboat Geyser, Йеллоустоун.

Что такое гейзеры?

Слово «гейзер» означает «извергаться», имея в виду движение пара и воды при извержении гейзера. Гейзеры — это подземные резервуары с водой, которые периодически выбрасывают воду и пар. Трещины, полости и пористые области в скале наверху действуют как «трубы», по которым дождь и вода стекают в резервуары. Когда в резервуарах создается достаточное давление, они извергаются.

Гейзеры не вечны. Землетрясения, деятельность человека, движение тектонических плит и другие факторы могут привести к тому, что гейзер перестанет функционировать. Даже бросание мусора в гейзер может изменить его условия настолько, что он перейдет в спящий режим.

Почему большинство гейзеров извергают горячую воду?

Поверхностные дождевые и речные воды просачиваются сквозь землю, достигая глубины почти 7000 футов (2000 метров). Там он соприкасается с горными породами, нагретыми расплавленной магмой глубоко под земной поверхностью. Вода кипит, создавая давление. Вода и пар выталкиваются на поверхность и извергаются из вентиляционное отверстие . Это называется гидротермальным взрывом (гидро означает «вода», а термальный означает «тепло»).

Какие бывают гейзеры?

Гейзеры можно разделить на два основных типа: паровые и холодноводные .

Паровые гейзеры можно разделить на два типа – фонтан и конус . Фонтанные гейзеры извергаются из-под водоемов, обычно короткими вспышками по несколько секунд каждый. Конусные гейзеры, однако, состоят из насыпей минералов. Конусные гейзеры могут непрерывно извергаться в течение нескольких минут. Некоторые могут извергаться более часа за раз.

Другой основной тип называется гейзером с холодной водой. Вместо тепла, выталкивающего воду из-под земли, углекислый газ (CO2) собирается в подземных озерах, называемых водоносными горизонтами. Вес воды удерживает пузырьки углекислого газа до тех пор, пока верхний слой породы не ослабевает и не образует трещину или трещину, или когда люди просверливают скалу. Затем пузырьки расширяются и толкают воду вверх с большой силой. Существует всего несколько гейзеров этого типа с холодной водой, и они расположены в США, Германии, Словакии и Бразилии.

Есть ли гейзеры на других планетах?

Гейзеры обнаружены на Марсе и нескольких спутниках Юпитера, Сатурна и Нептуна. Спутник «Кассини» зафиксировал огромные выбросы водяного пара на спутнике Сатурна Энцеладе. Шлейфы извержения могут содержать водяной пар, химические пары, лед и пыль.

Ученые называют эти гейзеры криогейзерами или криовулканами (крио означает «ледяной холод») из-за низкой температуры кипения содержимого выбрасываемого материала. Химические вещества, такие как аммиак, смешиваются с водой на планетарном теле, что снижает температуру замерзания смеси.

Какие гейзеры известны?

Более тысячи активных гейзеров по всему миру. Будучи относительно редким явлением, туристы часто посещают гейзеры, чтобы увидеть водяные брызги высоко в воздухе. Ниже приведены некоторые из наиболее известных гейзеров.

• Старый Верный. Возможно, самый известный гейзер в мире, Old Faithful представляет собой конический гейзер, расположенный в Йеллоустонском национальном парке в США. Этот гейзер называют староверным, потому что он очень предсказуем, извержения происходят каждые сорок четыре-сто двадцать пять минут. Йеллоустонский национальный парк является домом для большего количества гейзеров, чем где-либо еще в мире, и ежегодно наблюдается до пятисот активных гейзеров.
• Пароход Гейзер. Расположенный в Йеллоустонском национальном парке, недалеко от Олд Фейтфул, гейзер Стимбот является самым высоким в настоящее время действующим гейзером в мире. Пароходный гейзер регулярно выбрасывает воду на высоту более трехсот футов (90 метров) в воздух. Этот гейзер временами бездействует, а промежутки времени между извержениями колеблются от нескольких дней до более чем пятидесяти лет.
• Великий Гейзер. Этот гейзер, расположенный в Исландии, был обнаружен в 14 веке. Слово «гейзер» происходит от его названия. Хотя этот гейзер часто бездействует, в особых случаях его вызывают извержение за счет добавления определенных химических веществ.
• Гейзер Строккур. Гейзер Строккур, также расположенный в Исландии, известен тем, что извергается каждые пять-восемь минут.
• Эль Татио. Эль-Татио — поле из восьмидесяти гейзеров, расположенное вблизи действующих вулканов Анд в Чили. El Tatio означает «печь» на местном языке кечуа, описывая геотермальное тепло. Этот район известен своими низкими гейзерами. Большинство гейзеров выпускают воду только на высоту тридцати дюймов (750 миллиметров), а самый высокий из них достигает высоты двадцати футов (6 метров).

Что, почему и где гейзеры

Если вы были в Йеллоустонском национальном парке, вы наверняка видели один из самых известных гейзеров в мире. Примерно каждые час-полтора Old Faithful выпускает в воздух высокий шлейф горячей воды и пара. Толпы туристов с камерами роятся на безопасном расстоянии — температура воды может достигать 200 градусов по Фаренгейту (около 95 градусов по Цельсию), а температура пара — более 350 градусов по Фаренгейту (175 градусов по Цельсию).

Ученые тоже стекаются в Old Faithful. Его надежные взрывы представляют собой естественную лабораторию для изучения того, как кипящая вода выбрасывается из-под земли в воздух. В мемуарах 2017 Annual Review of Earth and Planetary Sciences , геофизик Сьюзен Киффер вспоминает, как фотография Old Faithful, сделанная Энселом Адамсом, вдохновила ее упаковать своего 9-летнего сына в кемпер Volkswagen и отправиться в Йеллоустоун в 1976 году. Через месяц съемок Старый Верный, она подготовила почву для современного понимания того, как нагретая вода и пар, взаимодействуя в подземных камерах, вызывают извержение гейзера.

Возможно, самый известный гейзер Йеллоустонского национального парка, Old Faithful, при каждом извержении выбрасывает тысячи галлонов кипятка и пара на высоту от 100 до 200 футов. Его извержения часты, но не на что ориентироваться, время между короткими вспышками колеблется от одного часа до почти двух.

ПРЕДОСТАВЛЕНИЕ: ТОМ ЗИГФРИД (CC-BY-SA)

Сегодня исследователи изучили не только гейзеры Йеллоустона, на долю которых приходится около половины всех гейзеров в мире, но и сотни других гейзеров по всему миру. К ним относятся группы гейзеров в таких местах, как Исландия, Долина гейзеров в России и Северный остров в Новой Зеландии. Ученые сбрасывали цветной краситель в горло гейзеров, чтобы увидеть, сколько времени требуется, чтобы цвет стал прозрачным, и усеивали близлежащую землю сейсмометрами, чтобы прислушиваться к подземному грохоту перед каждым взрывом.

Такие исследования в настоящее время раскрывают сложную физику гейзеров, пишут два геолога в Ежегодном обзоре наук о Земле и планетах за 2017 год .

Для создания этих потрясающих природных фонтанов требуется редкое сочетание подземных полостей и горячих источников, питаемых геотермальной энергией, говорят Шауль Гурвиц из Геологической службы США в Менло-Парке, Калифорния, и Майкл Манга из Калифорнийского университета в Беркли. . Вот взгляд на то, что движет этими редкими, увлекательными извержениями, и что исследователи узнают о том, почему извержения заканчиваются, меняют свое время, а иногда и вовсе исчезают. Гейзеры также могут дать представление о том, как действуют большие и опасные вулканы, и даже рассказать нам о планетарных процессах в других мирах.

Что такое гейзер?

Гейзер — это любой горячий источник, который время от времени извергает смесь турбулентной воды и пара. Это означает, что гейзеры требуют постоянного пополнения как тепла, так и воды. Таким образом, большинство из них находится в вулканически активных районах, которые обеспечивают тепло снизу, и в местах с большим количеством дождя или снегопада, чтобы обеспечить воду. Многие гейзеры появляются в группах, известных как поля гейзеров, где извержение одного конкретного гейзера может повлиять на поведение соседних, например, делая их более неустойчивыми или менее частыми.

Для гейзеров также требуются подземные полости, в которых могут скапливаться вода, пар и давление. Без таких пустот вода просто тихо и последовательно бурлила бы в горячем источнике. Заглубленные пустоты позволяют жидкости и газу накапливаться с течением времени, создавая сложное взаимодействие между давлением и температурой, которое приводит к внезапному турбулентному выбросу.

Кипение внизу: Подземная подводка гейзеров резко различается от места к месту, как в этом сравнении с Новой Зеландией (слева) и Вайомингом (справа). Однако все они питаются водой, подпитываемой во время дождя, и источником глубокого геотермального тепла, который повышает температуру воды и мгновенно превращает ее в пар и струю воды. Фумаролы, напротив, извергают только пар и другие газы; бассейны с горячими источниками нагреваются за счет геотермальной энергии, но им не хватает шипения гейзеров. (Не в масштабе).

ПРЕДОСТАВЛЕНО: С. ГУРВИЦ И М. МАНГА/ ЕЖЕГОДНЫЙ ОБЗОР НАУК О ЗЕМЛЕ И ПЛАНЕТАРИЯХ  2017 АДАПТИРОВАНО ДУГОМ БЕКНЕРОМ/KNOWABLE MAGAZINE

Большинство гейзеров достигают высоты от нескольких футов до десятков футов. Йеллоустонский гейзер Steamboat — самый большой в мире — регулярно извергается на высоту около 375 футов.

Что вызывает извержение гейзера?

Вода, просачивающаяся сверху вниз, нагревается геотермальным теплом снизу, образуя пар под давлением в подземной полости. Высокое давление заставляет воду перегреваться выше ее обычной температуры кипения 212 градусов по Фаренгейту (100 градусов по Цельсию). Когда вода получает возможность расшириться, например, вытекая из отверстия гейзера, давление тут же падает, позволяя сверхгорячей воде закипеть. Почти сразу глубинная вода превращается в пар, который быстро и бурно расширяется и выбрасывает всю пароводяную смесь в воздух в виде извержения.

Немецкий химик Роберт Бунзен (известный как горелка Бунзена) обнаружил эту взаимосвязь между давлением и точками кипения в 1846 году после того, как поместил термометр в Гейсир, гейзер на юге Исландии, от которого это явление получило свое название, означающее «извергать» или «извергаться». спешить вперед».

С тех пор ученые проводили другие эксперименты, такие как добавление красителя в Old Faithful, чтобы проследить, как долго цвет будет сохраняться в течение серии извержений. Эта работа, проведенная в 1963 году, показала, что гейзеру потребовалось более 24 извержений, чтобы очиститься, предполагая, что подземная полость Old Faithful содержала гораздо больше жидкости, чем количество, выбрасываемое при каждом взрыве.

В более поздних исследованиях Манга и его коллеги работали на гейзерном поле в Чили, известном как Эль-Татио, на высоте около 14 000 футов в пустыне Атакама. На таких больших высотах вода кипит при более низкой температуре, поэтому для создания гейзера требуется меньше геотермального тепла. Туристы прибывают на рассвете, чтобы понаблюдать, как тонкие паровые шлейфы конденсируются в холодном воздухе, а если повезет, то за эффектным извержением на фоне гор.

Поле гейзеров Эль-Татио (на фото) расположено высоко в Андах и является домом для около 80 активных гейзеров.

ПРЕДОСТАВЛЕНИЕ: ДИЕГО ДЕЛЬСО, DELSO.PHOTO (CC-BY-SA)

Команда Манги установила приборы для измерения давления и температуры на разных глубинах в поле гейзеров, а также сейсмической активности и подвижек земли. «Мы можем подтвердить, что идеи Бунзена верны — что извержения начинаются, когда начинается кипение в верхней части водяного столба», — говорит Манга. «И мы также можем ответить на такие вопросы, как, почему извержения заканчиваются?» Ответ, который его группа нашла за последние пару лет, заключается в том, что гейзеры заканчиваются, когда у них заканчивается пар, исходящий из больших глубин.

Геотермальные исследования уничтожили множество полей гейзеров в таких местах, как Невада и Новая Зеландия. Используя подземные источники тепла — в основном в результате радиоактивного распада элементов в земной коре — для извлечения энергии компании удалили тепло, которое питало там гейзеры.

Многие гейзеры в новозеландской геотермальной долине Вакареварева берут начало из общей трещины глубоко в земле. Активность гейзеров в долине, которая была домом для общины маори более 500 лет, снизилась в прошлом веке. В 19В 80-х годах наполнение колодцев, ближайших к гейзерам, оживило некоторые, но не все гейзеры долины.

ПРЕДОСТАВЛЕНИЕ: ВИКИМЕДИА ОБЩИЕ

Почему поведение гейзера так сложно предсказать?

Некоторые гейзеры работают регулярно, как часовой механизм, тогда как другие хаотичны. Ключом к предсказанию извержений является наблюдение за гейзером в течение очень долгого времени. В Йеллоустоне смотрители парка и любители собирали записи в Old Faithful и других местах на протяжении десятилетий.

В менее изученном Эль-Татио команда Манги изучала большой гейзер под названием Эль-Хефе. В 2012 году он извергался в среднем каждые 132 секунды в течение недели, в течение которой исследователи находились там. В 2014 году, когда ученые вернулись, он извергался в среднем каждые 105 секунд. Сегодня он полностью мертв.

Гейзеры эфемерны. Со временем гейзеры могут изменить свою активность из-за того, как тепло и вода проходят через землю. Вода обычно содержит минералы, богатые кремнеземом, которые выпадают на землю в виде скользких насыпей или террас вокруг точки извержения. Эти минералы могут также засорить подземные каналы, по которым течет вода, в результате чего одни гейзеры отключаются, а другие омолаживаются.

Погода может настроить часовой механизм гейзера. Некоторые из них, такие как гейзер Дейзи в Йеллоустоуне, покрыты большими бассейнами с водой; в холодную дождливую погоду поверхностная вода закипает и гейзер извергается дольше. Ветер также может изменить частоту извержений, поскольку сильные ветры охлаждают поверхностные воды и задерживают извержения.

Между извержениями гейзеры, такие как полыньи в Йеллоустонском национальном парке, выглядят как горячие источники. Когда начинается кипение, вода часто переливается через края бассейна.

ПРЕДОСТАВЛЕНИЕ: REFMARINO (CC-BY-SA 4.0)

также могут изменить частоту извержений гейзеров, даже если они происходят очень далеко. В 2002 году землетрясение магнитудой 7,9 на Аляске изменило поведение некоторых гейзеров Йеллоустона, расположенных на расстоянии более 1900 миль. В течение нескольких часов после землетрясения несколько небольших горячих источников превратились в совершенно новые временные фонтаны, в то время как более или менее частые извержения других, более старых гейзеров. «Предположительно, прохождение сейсмических волн изменило пути, по которым двигались жидкости», — говорит Манга. «На Земле могут происходить забавные вещи».

Являются ли гейзеры вулканами?

Нет. Гейзеры извергают воду и пар, а не камни и пепел, которые выходят из вулкана. Гейзеры также физически намного меньше вулканов и извергаются чаще. Тем не менее, многие процессы похожи, и измерения гейзеров могут помочь ученым понять некоторые аспекты вулканов, говорит Манга. Например, изучение того, насколько большой должна быть подземная полость, прежде чем сформируется гейзер, может помочь пролить свет на связь между подземными магматическими камерами и извержениями вулканов.

Это делает гейзеры небольшими естественными лабораториями для изучения процессов извержения, подобных вулканам. Сейсмологи отследили крошечные грохоты в земле, которые исходят от гейзеров, прежде чем они вырвутся в виде взрыва. Сотрясения, вероятно, исходят от пузырей, быстро растущих и схлопывающихся внутри подземного резервуара. В последние годы ученые зафиксировали небольшой сейсмический грохот, который они назвали «предварительной игрой», который часто указывает на то, что приближается более крупное извержение. Предварительная игра, по-видимому, настраивает гейзер на удар. У вулканов нет подобных предварительных действий, но понимание признаков, возникающих перед извержением гейзера, может помочь исследователям более творчески подойти к вопросу о том, что искать в вулканах.

Есть ли гейзеры в мирах за пределами Земли?

Да. Спутник Нептуна Тритон и спутник Сатурна Энцелад время от времени извергают со своих ледяных поверхностей смесь твердых тел и газа. На Тритоне источником энергии, по-видимому, является солнечный свет, падающий на поверхность и нагревающий ее сверху, образуя струи, возможно, из азота. На Энцеладе приливы, вызванные гравитационным притяжением Сатурна, заставляют внешнюю ледяную оболочку изгибаться, образуя трещины. Ученые-планетологи считают, что материал, распыляемый в космос с Энцелада, исходит из погребенного океана, поэтому любые будущие зонды смогут пролететь прямо через один из этих гейзеров, пробуя химические признаки жизни из глубин Луны.

Что делает гейзеры не только достопримечательностью для туристов на Земле, но и возможным способом изучения жизни в других, далеких мирах.

Гейзеры — из чего именно они сделаны?

Обсерватория Йеллоустонского вулкана 23 марта 2020 г.

Сегодня мы прольем свет на то, из чего состоят конусы гейзеров.

Хроники Йеллоустонской кальдеры – это еженедельная колонка, которую пишут ученые и сотрудники Йеллоустонской вулканической обсерватории. Вклад на этой неделе принадлежит Дакоте Черчилль, ученому-физику из Геологической службы США.

Источники/использование: общественное достояние.

Во-первых, краткий обзор того, как формируются гейзеры. Он начинается с подземных вод, протекающих через риолитовые породы. Эти риолитовые породы в основном состоят из кремнезема (SiO ₂ ) и нагреваются глубоким магматическим телом под Йеллоустонской кальдерой. По мере того как горячие грунтовые воды текут через риолитовые породы, они растворяют части породы. Количество кремнезема, которое могут растворить грунтовые воды, зависит от нескольких параметров, но в основном от температуры. При высоких температурах подземные воды растворяют больше кремнезема из горных пород, чем могли бы, если бы они были при более низкой температуре. Когда эта вода достигает поверхности и извергается в виде гейзера, богатые кремнеземом воды охлаждаются до температуры окружающей среды и испаряются. Кремнезем остается и образует месторождение агломерата, также известного как гейзерит.

Источники/использование: общественное достояние.

Когда гейзерит откладывается впервые, он состоит из некристаллического опала-А (где «А» означает аморфный), и примерно 10% его веса приходится на воду. Опал-А — это тот же тип опала, который обычно представляют себе, когда изображают опаловые драгоценные камни, хотя опал-А, отложенный гейзерами, не кажется радужным, как разновидность драгоценного камня. Одним из интригующих аспектов агломерата является то, что его минералогический состав меняется со временем. Агломерат постепенно созревает из опала-A, опала-A/C, опала-A/CT, опала-CT, опала CT + кварца и, наконец, кварца (где «C» обозначает минерал кристобалит, а «T» обозначает минерал тридимит).

Опал-А, кристобалит, тридимит и кварц являются полиморфными формами друг друга, что означает, что они имеют одинаковый минеральный состав: SiO ₂ ; однако расположение их атомов отличается. Кристобалит, тридимит и кварц — это кристаллические минералы, то есть их атомы организованы по определенному образцу. Напротив, аморфный опал-А не является кристаллическим и, следовательно, не имеет дальнего порядка. Поскольку существует естественное предпочтение порядка, со временем небольшие участки SiO ₂  внутри тела опала-А организуются в кристаллическую структуру, образуя кристобалит (опал-А/С) и тридимит (опал-А/СТ). Эти пятна растут и продолжают созревать, образуя кварц, пока агломерат не потеряет все аморфное содержание и не достигнет полной кристалличности (опал-CT, опал-CT+ кварц, кварц). Далее, по мере перехода агломерата из аморфного опала-А в его кристаллические полиморфы вода выдавливается из кристаллической структуры минерала, и поэтому к моменту полного кварцевания агломерата содержание воды в нем снижается почти до 0%.

Другим важным аспектом образования кремнеземного агломерата является взаимодействие между осаждающимся SiO ₂ и микробными матами, которые растут на этих гидротермальных месторождениях. Микробные маты можно рассматривать как красочные слои органического материала, часто покрывающие агломерат. Микробные сообщества фактически способствуют отложению нагара из подземных вод, достигающих поверхности. Поскольку кремнезем постоянно откладывается на матах, микробные маты в конечном итоге окварцеваются и в конечном итоге могут составлять до 50% объема агломерата.

Понимание минералогического состава агломерата и того, как и почему он меняется со временем, важно по целому ряду причин. Во-первых, поскольку созревание опала-А в кварц было изучено и задокументировано в различных гейзерах по всему миру, минералогия может определить относительный возраст отложений, что улучшает нашу способность интерпретировать рост гейзеров с течением времени. Кроме того, когда горячая подземная вода растворяет кремний из горных пород, она также растворяет и другие элементы. Эти элементы могут либо застрять в агломерате, либо потеряться с водой. Анализируя химический состав нагара и воды гейзера, мы можем узнать об условиях, в которых взаимодействуют подземные воды и горные породы в недрах Йеллоустона. Гейзеры также имеют экономическую ценность для общества, потому что гидротермальные системы являются местами залегания многих рудных месторождений. Наконец, по мере образования кремнеземистого агломерата органический материал может попасть между его слоями. Поскольку органический материал происходит из растений и микробов, которые росли с течением времени и в различных условиях окружающей среды, отложения агломерата содержат климатические записи, начиная с того времени, когда ледники покрывали Йеллоустоун.

Объединив все эти идеи, можно использовать эти потрясающие природные явления, чтобы рассказать историю гидротермальной истории области.

Объяснение, типы, причины и часто задаваемые вопросы

Снова и снова вы, должно быть, слышали и использовали термин гейзер, но знаете ли вы, что такое гейзер? Гейзер — это горячий источник на поверхности Земли, который периодически выпускает горячую воду и пар. Даже небольшой гейзер — завораживающее явление; однако некоторые гейзеры действительно испытывают извержения, способные выбрасывать тысячи галлонов кипящей воды на высоту до нескольких сотен футов. Мы надеемся, что это имеет смысл о значении гейзеров.

Фактическая информация о Geysers

Существует в основном 2 типа Geyser, то есть

1. Geyser, управляемый паровой,

2. Geyser

9029

:-

• Причиной появления паровых гейзеров является нагрев воды глубоко под землей. Вода сильно нагревается от горячей магмы и вызывает повышение давления.

• В больших масштабах времени гейзеры считаются временными.

• Существует множество причин, по которым гейзер возникает или становится скрытым.

• Самый популярный природный гейзер — Old Faithful, расположенный в районе Йеллоустонского национального парка, штат Вайоминг, США.

• Гейзеры существуют как на Луне, так и на других планетах. На других планетах они выбрасывают химические пары, пыль и лед.

• Самый большой в мире гейзер в Йеллоустоне, Steamboat Geyser.

Где находятся гейзеры?

Вы знаете, что такое гейзер. Теперь давайте узнаем, где водятся гейзеры.

Большинство гейзеров мира, как правило, появляются всего в пяти странах:

1) США

2) Новая Зеландия

3) Исландия

4) Россия

5) Чили Что еще интересного

3 902 нужно знать, что все эти места на самом деле геологически являются местами недавней вулканической активности, а также являются источником горячих пород.

Что является причиной извержения гейзера?

Вода, вытекающая сверху вниз, нагревается за счет геотермального тепла снизу, создавая пар под давлением в подземной полости. Высокое давление заставляет воду перегреваться выше ее общей точки кипения 212 ° F (100 ° C). Когда вода получает возможность расшириться, например, вытекая из отверстия гейзера, давление тут же падает, позволяя сверхгорячей воде закипеть. Сразу после глубинная вода превращается в пар, который быстро и агрессивно расширяется и в результате извержения выталкивает всю пароводяную смесь в воздух.

Немецкий химик Роберт Бунзен (известный как горелка Бунзена) обнаружил эту взаимосвязь между давлением и точками кипения в 1846 году, поместив термометр в Гейсир, гейзер на юге Исландии, от которого это явление получило свое название, что означает «извергать» или «извергаться». спешить вперед».

Как часто извергаются гейзеры?

Большинство гейзеров извергаются резко и неравномерно. Однако известно, что некоторые из них вызывают регулярные извержения. Самое популярное название «Старый верный» в знак признания его регулярных извержений расположено в Йеллоустонском национальном парке (США) и извергается примерно каждые 60–90 минут.

Более тысячи активных гейзеров по всему миру. Люди часто посещают гейзеры, чтобы посмотреть на водяные брызги высоко в воздухе. Ниже приведены несколько самых популярных гейзеров.

1. Old Faithful: 

Возможно, самый известный гейзер в мире. Old Faithful представляет собой конусообразный гейзер. Свое название он получил из-за того, что очень предсказуем, извержения происходят каждые 44-125 минут.

2. Steamboat Geyser: 

Недалеко от Old Faithful находится Steamboat Geyser — самый высокий в настоящее время действующий гейзер в мире. Пароходный гейзер регулярно извергает воду на высоту более 300 футов (90 метров) в воздухе. Этот гейзер часто бездействует, а промежуток времени между извержениями варьируется от нескольких дней до более 50 лет.

3. Великий гейзер: 

Этот водяной гейзер, расположенный в Исландии, появился в 14 веке. Термин «гейзер» происходит от его названия. Хотя этот гейзер временами бездействует, в особых случаях он извергается из-за добавления определенных химических веществ.

4. Эль-Татио: 

Эль-Татио – это поле из 80 гейзеров, расположенное недалеко от действующих вулканов Анд в Чили. Слово El Tatio означает «печь» на языке кечуа, определяя геотермальное тепло.

5. Гейзер Строккур: 

Расположенный в Исландии гейзер Строккур известен тем, что извергается каждые 5–8 минут.

Гейзеры — Серьезная наука

Гейзеры — это объекты, извергающие жидкую воду и пар при температуре кипения. И, по определению, вещи, которые мы называем гейзерами, извергаются либо периодически, либо эпизодически. Разница в том, что периодически означает регулярно. Эпизодический означает, что время между извержениями не всегда одинаково. Есть также много других способов классификации гейзеров. Есть гейзеры маленькие, а есть большие. Есть холодные гейзеры, извергающие смесь жидкой воды и углекислого газа. В целом гейзеры встречаются нечасто. Когда-то их было около 1000 по всему миру, но сейчас осталось около 500. Они исчезают, потому что в районах, где есть гейзеры, есть геотермальные ресурсы. А из-за изменения климата геотермальная энергия используется все больше и больше. Как только вы начинаете извлекать жидкости для питания геотермальной электростанции, гейзеры теряют свой источник энергии и источник воды. И если вы продолжите делать это достаточно долго, все гейзеры могут исчезнуть.

Важность гейзеров

Есть три причины, по которым важно изучать гейзеры. Во-первых, гейзеры — это модель извержения вулканов. И нас волнует, как они извергаются, что инициирует извержение, как все поднимается на поверхность, как оно переносится в атмосфере. Вулканы большие и опасные, и извергаются они не очень часто. Гейзеры маленькие и гораздо менее опасные, и извергаются они много раз. И одна из вещей, которым мы надеемся научиться у гейзеров, — это то, как понимать и моделировать извержения в более общем плане. Мы также можем использовать ряд геофизических инструментов на гейзерах. Мы можем использовать сейсмометры для измерения движения грунта, мы можем измерять электрические и магнитные поля, мы можем снимать видео и мы можем пытаться интегрировать все эти различные типы измерений, чтобы понять, что происходит во время извержения. И тогда мы можем попытаться перенести это понимание с маленьких гейзеров на большие вулканы.

Вторая причина, по которой нас интересуют гейзеры, заключается в том, что они являются окном в то, как Земля переносит горячую воду. Есть особенности, называемые геотермальными системами, которые мы используем для получения геотермальной энергии, а геотермальные системы производят такие материалы, как месторождения золота. Перевозя горячие жидкости, вы можете транспортировать все элементы, растворяющиеся в воде. И когда мы смотрим на гейзер, мы видим, как Земля переносит смесь пара и воды.

И третья причина в том, что это интересные, увлекательные явления природы. Если мы поймем, как Земля переносит жидкости и энергию, мы сможем объяснить, как работают гейзеры. И степень, в которой мы не можем этого сделать, говорит нам о том, что есть основные вещи о теплопереносе Земли, которых мы еще не знаем.

Начало исследования гейзеров

Первое современное научное исследование гейзеров было проведено Бунзеном, наиболее известным большинству людей как изобретатель горелки Бунзена. А горелка Бунзена — это маленькая горелка, которую вы используете в классе. Его самый большой вклад привел к открытию и изобретению спектроскопии. В 1841 году он опубликовал статью об измерениях, которые он провел внутри гейзера в Исландии, и эти измерения актуальны и сегодня.


Один из ключевых вопросов: почему гейзер извергается? И вы можете представить себе несколько способов, как это может произойти. Он может извергаться, начиная с вершины гейзера или, может быть, со дна гейзера. Бунзен производил измерения температуры по мере погружения внутрь гейзера, кипящую воду разной температуры. В 1841 году это, должно быть, было не очень легко. И, собственно, эти измерения он производил у гейзера под названием Гейсир, в честь которого гейзеры и получили свое название. Так что в Исландии есть реальная особенность под названием Гейзер, и все гейзеры названы в ее честь.

Бунзен обнаружил, что если вы уходите глубже под поверхность, температура воды повышается. Важной особенностью кипячения воды является то, что при повышении давления повышается температура кипения. Так что если взять воду определенной температуры из глубины гейзера и поднять ее ближе к поверхности, давление будет ниже. По мере того, как вы погружаетесь глубже, давление становится выше. Верно и обратное. Если вы переходите с большей глубины на меньшую, температура кипения падает.

Итак, вы начинаете с горячей воды, доводите ее до низкого давления, она достигает температуры кипения, вода закипает, и вы вызываете извержение. И если продолжать забирать воду из гейзера, то вся остальная вода испытывает все меньшее и меньшее давление, и извержение продолжается. И предположительно это происходит до тех пор, пока у вас не закончится вода. Затем вы снова наполняете гейзер, нагреваете его. Вы можете думать об этом как о том, что в некоторых других областях науки мы называем декомпрессионным кипением. На самом деле это основной способ образования вулканических пород на Земле. Вы берете камни под высоким давлением, доводите их до низкого давления, и они плавятся. Таким образом, гейзеры могут работать таким же образом. А Бунзен измерил и предложил это еще в 1841 г.

Рождение новых гейзеров

В принципе, в районах с большим количеством гейзеров должны родиться гейзеры. На самом деле им приходится рождаться, потому что некоторые из них умирают. Мы не очень хорошо понимаем, что нужно, чтобы сделать новый гейзер. Были предположения, что они начинаются с больших взрывов. Если вы накопите пар и воду под землей, вы можете получить взрыв, называемый гидротермальным взрывом, и они случаются в таких местах, как Йеллоустоун. Важность взрыва заключается в том, что он создает дыру или полость. А чтобы сделать гейзер вроде бы нужна какая-то полость для скопления пара и горячей воды.

Гейзер Строккур в долине Хаукадалур, Исландия

Однако в лаборатории ученые могут создавать гейзеры без большой полости. На самом деле ученые делают гейзеры в лаборатории уже более ста лет. Способ, которым они это делают, довольно прост: все, что нужно, это тепло и вода. Итак, ученые берут емкость с водой, нагревают ее снизу, и в итоге вода закипает. Кипение распространяется по гейзеру и происходит извержение. Когда пар или тепло иссякают, извержение прекращается.

Смысл изучения гейзеров в лаборатории заключается в том, что вы можете попытаться понять, как различные переменные влияют на извержение. Есть много переменных, которые вы могли бы рассмотреть. Насколько велик диапазон нагрева, какова геометрия, что произойдет, если у вас толстая трубка или тонкая трубка, или, если у вас две трубки, пересекаются они или нет. Это дает возможность понять, как тепло и масса переносятся в горячей системе. Таким образом, лабораторные эксперименты можно использовать для лучшего понимания природных гейзеров.

Последствия глобального потепления

На Земле всего несколько мест, где можно встретить гейзеры. Есть Йеллоустонский национальный парк, в котором их около половины, Долина гейзеров на Камчатке, Поле гейзеров Эль-Татио в Чили, несколько в Новой Зеландии, несколько в Африке, а затем несколько в Исландии. И все они имеют 3 общие черты.

Во-первых, недавняя вулканическая активность. Это важно – вам нужно тепло. Если у вас нет тепла, которое дают молодые вулканы, трудно иметь гейзеры. Во-вторых, большинство из этих районов недавно были покрыты ледниками. Это может быть важно для создания правильных материалов, из которых можно сделать водопроводную систему, питающую гейзеры. А еще нужна вода. Большинство мест, которые я упомянул, имеют доступ к большому количеству воды, за исключением Чили, где находится пустыня Атакама. Там вода, вероятно, поступает из глубоких подземных водоносных горизонтов, а затем создает гейзеры.

Следовательно, хотя идея о том, что глобальное потепление может повлиять на гейзеры, может показаться довольно глупой, это не так по двум причинам. И первое восходит к тому факту, что гейзерам нужна вода, и если у вас закончится вода, гейзеры пострадают. Во-вторых, гейзеры, а их, по-видимому, так мало, как бы реагируют на внешнюю среду. В холодное время нагревание воды в гейзерах занимает больше времени. Вот что делает холодные гейзеры такими интересными.

Гейзер в бассейне представляет собой резервуар с водой на поверхности, и гейзер извергается через этот бассейн. Гейзеры бассейнов очень чувствительны к температуре воздуха. В Йеллоустоуне есть гейзер, называемый гейзером Дейзи, и зимой он извергается реже, чем летом. Он также чувствителен к ветру: если ветер дует быстрее, то бассейн охлаждается, и для извержения требуется больше времени. Так как Земля становится теплее, извержения гейзеров должны становиться более частыми.

Исследования в Чили

Исследования гейзеров проводятся во всем мире, но многие из наших нерешенных вопросов о гейзерах требуют измерений внутри гейзера, чтобы ответить на них. В национальных парках США ученым не разрешается проводить измерения внутри гейзера или даже близко к нему. Всегда есть некоторая вероятность того, что вы можете каким-то образом повредить или изменить гейзер, и цель национальных парков состоит в том, чтобы сохранить и защитить природную среду для всех.

Почти все места, где есть гейзеры, являются национальными парками, поэтому ученые договорились с местными общинами, управляющими гейзерами в Чили. Им было разрешено проводить определенные виды неразрушающих измерений, если они никоим образом не повреждают гейзеры. Но такое устройство позволяет ученым измерять температуру и давление внутри гейзера, а также брать пробы жидкостей и проводить более подробный мониторинг, чем это было бы возможно где-либо еще.

В Чили есть ряд гейзеров, которые особенно интересны. В Чили есть один гейзер под названием Эль-Хефе. Эль-Хефе в переводе с испанского означает «Босс», а Эль-Хефе — красивый гейзер. Это очень маленький гейзер, который извергается на пару метров в высоту, то есть чуть выше человеческого роста. Поскольку он маленький, его особенно легко изучать, а Эль-Хефе — один из самых регулярных гейзеров в мире. Он извергается каждые 140 секунд, плюс-минус 1 секунда, так что это совершенно регулярно. Неважно, +20⁰С на улице, или -10⁰, ветрено или нет. И поскольку это так регулярно, мы можем проводить эксперименты с гейзером. Мы можем провести измерения внутри или добавить немного холодной воды, чтобы увидеть, как долго гейзер восстанавливается. Это прекрасный пример модельной системы, которую мы можем использовать для понимания основных процессов.

Недавние открытия

Следует отметить несколько недавних наблюдений. Один из них заключается в выявлении и подтверждении наличия этих больших полостей рядом с гейзерами, иногда называемых «пузырьковыми ловушками», что является очень наглядным выражением: вы можете видеть, как пузырьки поднимаются в кипящей воде, попадают в полость, и как только вы получаете достаточно пара в этой полости начинается извержение. Люди идентифицировали эти ловушки для пузырей по шуму, создаваемому пузырями. Шум распространяется по земле, и вы можете записать его с помощью сейсмометра. Люди также установили видеокамеры внутри гейзеров и смогли увидеть эти пузырьковые ловушки. Теперь вопрос в том, является ли это общим для всех гейзеров или только для тех, которые хорошо изучены.

Открытые вопросы

Есть много основных вопросов, на которые мы до сих пор не знаем ответов. Во-первых, почему существуют гейзеры? Почему они не горячие источники? Начинаются ли извержения на вершине гейзера или что-то происходит глубже внутри гейзера? Что приводит к прекращению извержения? Есть ли что-то особенное в недрах, что позволяет формироваться гейзеру? Перед главными извержениями гейзеров иногда бывают небольшие второстепенные извержения, и мы хотели бы понять, так ли гейзеры готовятся к извержению, или это просто меньшее извержение. Мы хотели бы понять, сколько массы и энергии гейзеры выносят на поверхность, как и почему они извергаются под внешним воздействием.

Что это значит? У Земли есть приливы, а приливы заставляют Землю сжиматься, разжиматься и деформироваться, и это может повлиять на извержения. Изменения погоды могут повлиять на извержения, а отдаленные землетрясения могут повлиять на извержения. Итак, мы хотели бы понять, что такого в этих внешних воздействиях на гейзеры, которые заставляют их менять свою работу. Мы также хотели бы знать, как быстро материал извергается из гейзера. В наших моделях вулканов мы часто предполагаем, что они извергаются со скоростью звука, и в случае с гейзерами мы можем проверить эту модель. Учитывая, как много нового мы узнали из недавних измерений, есть все шансы, что на многие из этих открытых вопросов будут даны ответы.

Под редакцией Алины Шубиной

Майкл Манга

Доктор наук, профессор наук о Земле и планетах Калифорнийского университета в Беркли

geosciencegeyseyrsnaturephysics

Зачем изучать гейзеры? — Eos

Каждый год миллионы туристов посещают гейзеры по всему миру, восхищаясь струями воды, извергающимися высоко в воздух из подземных резервуаров. Конечно, в увлечении этими редкими особенностями нет ничего нового: письменные упоминания об их появлении относятся как минимум к 13 веку, и уже более 2 столетий ученые улучшают наше понимание гейзеров Земли.

Английское слово гейзер происходит от geysir , названия, данного исландцами в 17 веке периодически выпускающим горячие источники. Название происходит от глагола gjósa , что означает хлестать или извергаться. Природные гейзеры встречаются редко — сегодня во всем мире существует менее тысячи, и из геологических летописей известно лишь несколько ископаемых образцов. Около половины гейзеров Земли расположены в Йеллоустонском национальном парке в США. Другие крупные поля гейзеров включают Долину гейзеров на полуострове Камчатка в России, Эль-Татио в Чили и Гейзер-Флэт в Те-Пуйя, Роторуа, в Новой Зеландии.

В 1846 году французский минералог Альфред Де Клуазо и немецкий химик Роберт Вильгельм Бунзен сформулировали раннюю модель для объяснения извержений гейзеров, основанную на полевых измерениях температуры, химического состава, циркуляции и моделей извержений в Гейзире в Исландии. С тех пор научные знания о гейзерах значительно продвинулись вперед [ Hurwitz and Manga , 2017], предоставляя ценную информацию о вулканических процессах, происхождении и экологических ограничениях жизни на Земле (и, возможно, в других местах, в том числе на Марсе), а также о подобных гейзерах на Земле. ледяные спутники внешней Солнечной системы. Демонстрируя эти связи, геолог и планетолог Сьюзан Киффер, описывая свою исследовательскую карьеру, написала следующее:

«[Моя] первоначальная идея изучения гейзера Old Faithful как вулканического аналога [ sic ] привела меня к работе не только над динамикой извержения вулкана Сент-Хеленс в 1980 году, но и над гейзерами, извергающимися на Ио (а огненный спутник Юпитера), Тритон (холодный спутник Нептуна) и Энцелад (активный спутник Сатурна)».

Продолжение исследований внутренней работы гейзеров поможет нам глубже понять и защитить эти чудеса природы, а также даст дополнительные сведения о вулканизме на Земле и за ее пределами.

Как и вулканы, но более доступны

Подобно вулканам, гейзеры представляют собой временные объекты с периодами активности и покоя. Схемы извержений гейзеров могут меняться после сильных землетрясений, климатических изменений и изменений в геометрии их каналов и подземных резервуаров. Процессы извержения гейзеров, которые могут быть вызваны геотермальным нагревом и образованием пузырьков пара, также аналогичны процессам, действующим в вулканах.

Процессы извержения гейзеров, которые могут быть вызваны геотермальным нагревом и образованием пузырьков пара, аналогичны процессам, действующим в вулканах.

Модель, разработанная Де Клуазо и Бунзеном, показала, что по мере подъема воды к поверхности и снижения давления при кипении образуются пузырьки. Жидкая вода, содержащая пузырьки, дополнительно снижает плотность и давление смеси. Понижение давления аналогичным образом вызывает изменения в магме, которые лежат в основе ключевых вулканических процессов, таких как образование расплава в мантии и образование пузырей в магме, вызывающих извержения.

Поскольку гейзеры извергаются меньше и извергаются чаще, чем вулканы, они представляют собой полезные естественные лаборатории для изучения процессов извержения и тестирования новых технологий мониторинга. Извержениям вулканов иногда предшествует движение магмы, которое трудно контролировать из-за больших пространственных масштабов и длительных временных масштабов. Напротив, измерения движения жидкости, например, могут быть сделаны относительно легко через множество циклов извержения гейзеров, предоставляя данные, которые можно использовать для улучшения интерпретации вулканических явлений. Измерения и видеонаблюдение также можно собирать в каналах действующих гейзеров, что невозможно для действующих вулканов.

Группа инструментов (на переднем плане) измеряет сейсмические колебания вокруг гейзеров в Эль-Татио в Чили. Авторы и права: Шауль Гурвиц, Геологическая служба США.

Получайте самые захватывающие научные новости недели на свой почтовый ящик каждую пятницу.

Зарегистрируйтесь сейчас

Такие сигналы, как сейсмическое дрожание — устойчивые колебания грунта, часто встречающиеся до и во время извержений вулканов и гейзеров, — могут быть очень информативными для мониторинга подповерхностных процессов у действующих вулканов и гейзеров. Сотрясения вулканов могут длиться дни, недели и даже дольше, что приводит к извержениям вулканов [9].0091 Chouet and Matoza , 2013]. Тремор может быть вызван дегазацией магмы и движением флюидов внутри вулканической постройки. Однако идентификация типов флюидов (газ, жидкая вода, магма) и процессов, ответственных за эпизоды сотрясения, затруднена из-за геометрической сложности и размеров вулканических систем.

Сейсмометры, развернутые вокруг знаменитых гейзеров Old Faithful и Lone Star в Йеллоустоне, обнаружили дрожание, вызванное непрерывными всплесками поднимающихся пузырьков пара, аналогичных пузырькам, образующимся и лопающимся в чайнике. Таким образом, по аналогии, такие измерения сотрясений в системах гейзеров могут помочь выяснить процессы, вызывающие вулканические сотрясения.

Отслеживание сигналов толчков во времени и пространстве с использованием плотных массивов сейсмометров также позволило выявить подповерхностную структуру вулканов и гейзеров [ Eibl et al. , 2021; Ву и др. , 2019]. Расположение источников толчков вокруг гейзера Строккур в Исландии, а также Old Faithful, Lone Star и Steamboat в Йеллоустоне, например, указывает на то, что резервуары этих гейзеров не расположены непосредственно под их жерлами. Наклон поверхности земли вокруг гейзера Lone Star и гейзера в Эль-Татио, а также видеонаблюдения в каналах гейзеров на Камчатке также указывают на резервуары, не выровненные ниже жерл гейзеров. Резервуар такого типа, в котором скапливаются пузырьки жидкости и пара и создается давление перед извержением, называется пузырьковой ловушкой и может быть общей чертой многих гейзеров [9].0091 Эйбл и др. , 2021].

Каролина Муньос-Саез вставляет датчики давления и температуры в канал гейзера в Эль-Татио на севере Чили. На заднем плане видны сейсмометры, которые измеряли сейсмические толчки на протяжении многих циклов извержений. Эти эксперименты проводились в сотрудничестве с общинами Каспаны и Токонце. Авторы и права: Макс Рудольф, Калифорнийский университет, Дэвис,

. Лабораторные эксперименты с гейзерами показали, как тепло- и массоперенос между резервуарами, смещенными в боковом направлении, и каналами контролируют характер извержений [9].0091 Рудольф и др. , 2018]. Геофизическая визуализация также показала, что, хотя большинство вулканических жерл расположены непосредственно над их магматическими резервуарами, многие резервуары смещены в поперечном направлении от связанных с ними вулканических построек []. Lerner et al. , 2020].

Яркий пример смещенного магматического резервуара был выделен в 1968 году при исследовании Великого извержения 1912 года на Аляске [ Curtis , 1968], когда магма излилась из вулкана Новарупта, но обрушение произошло примерно в 10 километрах от горы Катмай. , где хранилась большая часть магмы, извергавшейся в Новарупте. Картирование таких смещенных в поперечном направлении систем хранения магмы, а также подробные физические знания о том, как они работают, полученные в результате исследований и экспериментов с гейзерами, могут помочь ученым разработать более совершенные сети мониторинга вулканов.

Земные приливы, землетрясения и изменение климата

Извержения гейзеров и вулканов контролируются тонким балансом теплоснабжения и газовых и жидких потоков в их системах, а также извилистыми путями, по которым жидкая вода, пар и магма проходят на поверхность — балансы, на которые могут воздействовать внешние силы. Документирование того, реагируют ли гейзеры и вулканы на приливы и землетрясения, дает возможность количественно оценить их чувствительность к изменениям физического напряжения в недрах и помочь оценить, готовы ли они к извержению [9].0091 Серопян и др. , 2021].

Прошлые исследования на основе статистических корреляций показали, что небольшие силы, создаваемые земными приливами, могут вызывать извержения вулканов. Однако статистические проверки влияния приливов на извержения вулканов ограничены из-за редкости извержений одного вулкана. Напротив, тысячи извержений гейзеров, которые происходят ежегодно, образуют гораздо более широкий набор выборок, на которых можно основывать статистические тесты. Одна из таких оценок выявила отсутствие корреляции между земными приливами и интервалами между извержениями гейзеров, что предполагает, что корреляция между земными приливами и извержениями вулканов также маловероятна.

В Йеллоустоне некоторые гейзеры перестали извергаться, тогда как другие начали извергаться после землетрясения магнитудой 7,3 на озере Хебген в Монтане в 1959 году. Письменные отчеты документируют возобновление активности Гейсира после сильных землетрясений на юге Исландии в 1294 году. В Йеллоустоне некоторые гейзеры перестали извергаться, тогда как другие начали извергаться после землетрясения магнитудой 7,3 на озере Хебген в Монтане в 1919 году.59. Землетрясение в Денали магнитудой 7,9 на Аляске в 2002 году повлияло на извержение некоторых гейзеров Йеллоустона на расстоянии 3000 километров.

Землетрясения также могут способствовать вулканическим волнениям и извержениям. Установление причинно-следственной связи между землетрясениями и извержениями представляет собой сложную задачу, поскольку в любой заданной области существует мало действующих вулканов, а изменения в недрах могут занять больше времени, чтобы проявиться в виде извержения. Однако гейзеры извергаются чаще, чем вулканы, что еще раз указывает на полезность изучения гейзеров как вулканических аналогов.

Тенденции осадков и изменения климата также могут влиять на гейзеры. Интервалы извержений гейзера Old Faithful в прошлом менялись, и он даже перестал извергаться в 13 и 14 веках из-за сильной засухи. Частота извержений гейзеров также может меняться в зависимости от сезонных и десятилетних изменений количества осадков, которые влияют на поступление подземных вод, питающих извержения.

Вулканы также демонстрируют небольшие сезонные закономерности в своих извержениях и реагируют на изменение климата. Например, по мере повышения температуры воздуха ледники, покрывающие вулканы, тают, что, в свою очередь, снижает давление на нижележащую магму. Снижение давления вызывает образование пузырьков газа, а плавучая смесь магмы и пузырьков становится более подготовленной для извержения.

В более длительных временных масштабах скорость вулканизма варьируется в зависимости от ледниковых циклов, когда по мере отступления ледников извергается больше извержений и извергаются большие объемы магмы. В соответствии с этим наблюдением мы знаем из датировки агломератов и геологических карт, что большинство полей гейзеров были бездействующими во время последнего ледникового периода на Земле (который закончился между 20 000 и 12 000 лет назад), когда они были покрыты льдом [ Hurwitz and Manga , 2017].

Происхождение и пределы жизни на Земле и Марсе Недавнее месторождение гейзерита из северной части Вайотапу в новозеландской вулканической зоне Таупо имеет пальцеобразные образования. Подобные образования были обнаружены в богатых кремнеземом отложениях на Марсе. Предоставлено: Кэтлин А. Кэмпбелл, Университет Окленда,

. Отложения агломерата образуются, когда горячая вода, извергающаяся из гейзеров, охлаждается и быстро испаряется на поверхности, вызывая осаждение растворенного кремнезема в виде опаловых или аморфных (некристаллических) твердых веществ. Высокотемпературный нагар, связанный с жерлами, который образуется в зонах пульсации и заплеска вокруг или вблизи извергающихся гейзеров, называется гейзеритом. Сложные осадочные структуры, сохранившиеся в натёках, вокруг гейзеров, а также в нисходящих бассейнах и отводных каналах отражают физические, химические и биологические процессы, происходящие в среде горячих источников. Например, текстуры агломерата, образующиеся в оттоках жидкости из горячих источников, регистрируют градиенты температуры и pH по всему заданному геотермальному полю, от жерл до выпускных каналов и бассейнов, а также от террас до болот.

Агломерат обычно погребает как биотические (например, микробы, растения, животные), так и абиотические (например, выветрившиеся фрагменты агломерата, вулканический пепел, детрит) материалы. Гейзерит, в частности, служит архивом условий самой жаркой среды Земли на суше (приблизительно до 100°C) и экстремальной термофильной (адаптированной к высоким температурам) жизни на ней [ Campbell et al. , 2015].

Исследования современных горячих источников показывают, что длительные циклы гидратации и дегидратации в каналах оттока гейзеров могут привести к образованию пребиотических молекулярных систем, что намекает на возможную роль гейзеров в происхождении жизни на Земле.

Исследования современных горячих источников предполагают не только то, что в них может существовать жизнь, но и то, что длительные циклы гидратации и дегидратации в каналах оттока гейзеров могут привести к возникновению пребиотических молекулярных систем, которые демонстрируют фундаментальные свойства биологии, такие как замкнутость, клеточно- подобные структуры, состоящие из липидов и полимеров [ Damer and Deamer , 2020]. Это наблюдение намекает на возможную роль гейзеров в зарождении жизни на Земле миллиарды лет назад. Действительно, предполагаемые отложения гейзеритов, связанные с породами, содержащими микробные биосигнатуры, недавно были зарегистрированы в гидротермальных осадочных отложениях возрастом примерно 3,5 миллиарда лет в Западной Австралии [9].0091 Джокич и др. , 2017].

На Марсе богатые кремнеземом отложения, обнаруженные марсоходом Spirit среди холмов Колумбия в кратере Гусева, очень напоминают пальцеобразные агломераты на Земле. Это место было предложено в качестве места посадки для миссии НАСА «Марс 2020», которая будет хранить образцы для возможного возвращения на Землю. Хотя вместо этого марсоход Perseverance был отправлен для исследования дельтовых отложений в кратере Джезеро, цифровые структуры кремнезема в Колумбия-Хиллз остаются кандидатами на биосигнатуры, которые однажды могут быть собраны и доставлены на Землю для всесторонней проверки их происхождения. Таким образом, синтеры остаются ключевой целью в поисках древней жизни на Марсе, особенно с того периода его истории, когда вулканы и жидкая вода были активны на поверхности — примерно в то же время, когда жизнь закрепилась в горячей воде здесь, на Земле.

В дополнение к нашему пониманию того, что представляет собой жизнь и где она может процветать, передовые биотехнологии также извлекли пользу из исследований гейзеров. В 1967 году микробиолог Томас Брок и его ученик Хадсон Фриз выделили бактерию Thermus aquaticus из горячих вод бассейнов гейзеров Йеллоустона. Позже биохимик Кэри Маллис идентифицировала фермент, названный полимеразой Taq, в образце T. aquaticus , который, как было обнаружено, реплицирует нити ДНК при высоких температурах, при которых большинство ферментов не выживает. Это открытие послужило основой для разработки революционной методики полимеразной цепной реакции (ПЦР) в XIX веке.80-х годов (за что Маллис разделил Нобелевскую премию по химии 1993 года). В настоящее время ПЦР является рабочим методом, используемым в биологических и медицинских исследованиях для создания миллионов копий ДНК для различных применений, таких как генетическое и судебно-медицинское тестирование. В последнее время ПЦР также стала широко использоваться для тестирования на COVID-19.

Разведка месторождений энергии и полезных ископаемых

Месторождения агломерата также могут использоваться для разведки геотермальной энергии, помогая находить ресурсы, а также месторождения полезных ископаемых. В то время как в настоящее время активные гидротермальные системы обеспечивают энергию для производства электроэнергии, промышленности и сельского хозяйства, гигантские ископаемые гидротермальные системы содержат многие из самых продуктивных в мире операций по добыче драгоценных металлов [9]. 0091 Гарден и др. , 2020]. Такие месторождения эпитермальных руд формируются на неглубокой глубине под геотермальными полями по мере того, как высокотемпературные флюиды — как магматического, так и метеоритного происхождения — постепенно откладывают ценные металлы, включая золото, серебро, медь и литий.

Гейзериты образуются в точках выброса на поверхность поднимающихся горячих флюидов из глубоких резервуаров и могут указывать на полностью скрытые подземные рудные месторождения [ Leary et al. , 2016], что дает информацию о разведке полезных ископаемых; они также могут содержать следы драгоценных металлов.

Гейзеры в Солнечной системе

Исследования физических процессов в легко наблюдаемых гейзерах на Земле также могут направлять и ограничивать модели, предлагаемые для объяснения извержений в других местах нашей Солнечной системы. Гейзеры ледяных внешних спутников Солнечной системы Энцелад (Сатурн), Тритон (Нептун) и Европа (Юпитер) подобны земным гейзерам в том, что изменения состояния материалов (например, плавление и испарение) заставляют смеси твердых тел и газов превращаться в вспыхивают эпизодически. 900:03 Космический аппарат НАСА «Кассини» сделал это изображение во время исследования гейзеров южного полушария на спутнике Сатурна Энцеладе. Четыре разлома, из которых извергаются гейзеры, называемые тигровыми полосами, имеют длину примерно 135 километров и пересекают южный полюс Энцелада. Предоставлено: НАСА/Лаборатория реактивного движения/Институт космических наук

На южном полюсе покрытого льдом океанского мира Энцелад около 100 гейзеров извергаются из четырех заметных разломов, доставляя воду из пригодного для жизни океана в космос и доставляя частицы льда к кольцу E Сатурна. На Тритоне, крупнейшем из 13 спутников Нептуна, космический корабль НАСА «Вояджер-2» обнаружил температуру поверхности -235°C и гейзеры, извергающие сублимированный газообразный азот. Вопрос о том, происходят ли в настоящее время извержения на Европе, остается спорным.

Как и на Земле, изучение физического контроля за расположением гейзеров, продолжительностью жизни и интервалами извержений в этих других мирах может улучшить наше понимание взаимодействия между их недрами и окружающей средой на поверхности.

Привлечение общественности к исследованиям и охране природы Посетители на променаде наблюдают за извержением Большого гейзера в Верхнем бассейне гейзеров Йеллоустонского национального парка в июне 2012 года. Фото: Джим Пико, Служба национальных парков

Новые звуковые и визуальные подходы разработанные для передачи сложных закономерностей в системах гейзеров, могут помочь определить взаимосвязи между вулканическими сигналами, которые в противном случае можно было бы не заметить.

Туристы и любители-энтузиасты очарованы видами и звуками извержения гейзеров. Эти зрелищные мероприятия также предоставляют публичные демонстрации для научных исследований, основанных на любопытстве. Например, новые звуковые и визуальные подходы, разработанные для передачи сложных закономерностей в системах гейзеров, могут стать ценными образовательными инструментами, а также могут помочь определить взаимосвязь между вулканическими сигналами, такими как деформация поверхности и сейсмичность, указывающая на активность перед извержением, которые в противном случае могли бы остаться незамеченными.

Характеристика источников термальных вод, питающих извержения гейзеров, и картирование подземных гидравлических связей между полями гейзеров и прилегающими территориями необходимы для защиты и сохранения этих природных чудес от антропогенного воздействия. Производство геотермальной энергии и строительство плотин гидроэлектростанций затопили или привели к исчезновению более 100 гейзеров в Новой Зеландии и Исландии, например, а извержения гейзеров полностью прекратились в Стимбот-Спрингс и Беоваве в Неваде благодаря эксплуатации геотермальных ресурсов. Напротив, некоторые спящие гейзеры в Роторуа, Новая Зеландия, возобновили извержение через несколько десятилетий после закрытия геотермальных скважин.

Гейзеры — любопытное и внушающее благоговейный трепет явление природы, открывающее окно в широкий круг научных вопросов. Они заслуживают и нашего удивления, и нашей защиты.

Благодарности

Мы благодарим сообщества и агентства, которые позволили проводить исследования на землях, которыми они владеют или управляют (сообщества Амайрас в Каспане и Токонсе в Эль-Татио, Чили; Агентство по охране окружающей среды Исландии за исследования возле Строккура; Департамент охраны природы, Вай). -O-Tapu Thermal Wonderland, фонд Ngati Tahu-Ngati Whaoa Runanga Trust, геотермальный парк и пещера Orakei Korako в Новой Зеландии, а также Служба национальных парков США для исследований в Йеллоустоне). Мы благодарим Венди Стовалл, Лорен Харрисон и Мару Рид за конструктивные отзывы. Любое использование торговых, фирменных или товарных наименований предназначено только для описательных целей и не подразумевает одобрения со стороны правительства США.

Ссылки

Campbell, K.A., et al. (2015), Гейзерит в кремнистом шлаке горячего источника: окно в самую жаркую земную (палео) среду и ее экстремальную жизнь, Earth Sci. ., 148 , 44–64, https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2015.05.009.

Chouet, B.A., and R.S. Matoza (2013), Взгляд за несколько десятилетий на сейсмические методы обнаружения предшественников движения и извержения магмы, J. Volcanol. Геотерм. Рез. , 252 , 108–175, https://doi.org/10.1016/j.jvolgeores.2012.11.013.

Кертис, Г. Х. (1968), Стратиграфия выбросов в результате извержения 1912 года горы Катмай и Новарупта, Аляска, в Studies in Volcanology , Mem. геол. соц. Являюсь. , 116 , 153, https://doi.org/10.1130/MEM116-p153.

Дамер, Б. и Д. Димер (2020), Гипотеза о горячих источниках для происхождения жизни, Астробиология , 20 (4), 429–452, https://doi.org/10.1089/аст.2019.2045.

Джокич Т. и др. (2017), Самые ранние признаки жизни на суше сохранились ок. Месторождения горячих источников 3,5 млрд лет, Нац. Коммуна ., 8 , 15263, https://doi.org/10.1038/ncomms15263.

Eibl, E. P. S., et al. (2021), Эруптивный цикл и пузырьковая ловушка гейзера Строккур, Исландия, J. Geophys. Рез. Solid Earth , 126 (4), e2020JB020769, https://doi.org/10.1029/2020JB020769.

Гарден, Т. О. и др. (2020), Реконструкция ископаемой гидротермальной системы в кальдере Лейк-Сити, Колорадо, США: Ограничения для геотермальных систем, размещенных в кальдере, Дж. Вулканол. Геотерм. Рез. , 393 , 106794, https://doi.org/10.1016/j.jvolgeores.2020.106794.

Гурвиц С. и М. Манга (2017 г.), Увлекательная и сложная динамика извержений гейзеров, Annu. Преподобный Планета Земля. науч. , 45 , 31–59, https://doi.org/10.1146/annurev-earth-063016-015605.

Лири С. и др. (2016), Открытие, геология и происхождение эпитермального золото-серебряного месторождения Фрута-дель-Норте, юго-восток Эквадора, Econ. геол. , 111 , 1043–1072, https://doi.org/10.2113/econgeo.111.5.1043.

Лернер, А. Х., и др. (2020), Распространенность и значение смещенных магматических резервуаров на дуговых вулканах, Geophys. Рез. лат. , 47 (14), e2020GL087856, https://doi.org/10.1029/2020GL087856.

Рудольф М.Л., Р.А. Сон и Э. Лев (2018), Колебания жидкости в лабораторном гейзере с пузырьковой ловушкой, J. Volcanol. Геотерм. Рез. , 368 , 100–110, https://doi.org/10. 1016/j.jvolgeores.2018.11.003.

Серопян Г. и др. (2021), Обзор того, как землетрясения вызывают извержения вулканов, Nat. коммун. , 12 , 1004, https://doi.org/10.1038/s41467-021-21166-8.

Ву, С.-М., и др. (2019), Изображение глубокого подземного оттока гейзера Old Faithful в результате миграции низкочастотных гидротермальных толчков, Geophys. Рез. лат. , 46 (13), 7 315–7 322, https://doi.org/10.1029/2018GL081771.

Информация об авторе

Шауль Гурвиц ([email protected]), Геологическая служба США, Моффет Филд, Калифорния; Майкл Манга, Калифорнийский университет, Беркли; Кэтлин А. Кэмпбелл, Школа окружающей среды Оклендского университета, Окленд, Новая Зеландия; Каролина Муньос-Саес, Горнодобывающее и геологическое бюро штата Невада, Университет штата Невада, Рино; и Eva P.S. Eibl, University of Potsdam, Potsdam, Germany

Ссылка:

Hurwitz, S., M. Manga, K.A. Campbell, C.

No related posts.