Geografia w Szkole

Gejzery

Gejzery – fenomen hydrosfery 

Gejzery to bardzo specyficzny rodzaj gorących źródeł. O ich wyjątkowości przesądza sposób, w jaki woda wydostaje się z głębin na powierzchnię terenu.  

Występowanie gejzerów na Ziemi jest ściśle powiązane ze strefami aktywności wulkanicznej. Pomimo bardzo dużej liczby czynnych i niedawno wygasłych wulkanów, na kuli ziemskiej znajduje się tylko kilka stref, gdzie gejzery tworzą zgrupowania. Do takich obszarów zalicza się Islandię i środkowy zachód Ameryki Północnej – Park Narodowy Yellowstone.

Pozostałe skupiska gejzerów, które występują na Ziemi znajdują się w zasięgu tzw. pacyficznego pierścienia ognia, który obejmuje zarówno zachodnie wybrzeża Ameryki Północnej i Południowej jak i wschodnie wybrzeża Azji oraz położone na wschód od Australii wyspy tworzące Nową Zelandię. W tak rozległej strefie gejzery tworzą grupy zasadniczo w trzech miejscach – na półwyspie Kamczatka, w Nowej Zelandii oraz na północy Chile w Andach. Na pozostałych terenach te unikatowe źródła występują zazwyczaj pojedynczo. Obiekty o takich cechach znajdują się np. w Japonii i Indonezji.

Bardzo często gejzerom towarzyszą gorące źródła, które w przeszłości również były aktywnymi gejzerami. Na terenach tych występują również sadzawki wypełnione gorącym, bulgoczącym błotem, jak również spotkać można tzw. fumarole, czyli otwory w gruncie, z których wydobywają się gorące gazy pochodzenia wulkanicznego.

Specyfika funkcjonowania gejzerów

Gejzery są rodzajem gorących źródeł, z których woda gwałtownie wypływa ponad powierzchnię terenu przybierając formę niezwykle widowiskowej erupcji, po czym spływa do podziemnych przewodów, przygotowując niejako kolejny epizod przyrodniczego spektaklu.

Na Ziemi występują gejzery, które „wybuchają” cyklicznie o stałej porze oraz takie, których aktywność jest trudna do przewidzenia. Rozmiary gejzerów również są bardzo indywidualne. Najczęściej woda i para wodna wzbijają się na wysokość zaledwie kilku metrów, ale największe z nich podczas erupcji wyrzucają słup wrzącej wody na wysokość nawet 50-80 m, a w wyjątkowych sytuacjach powyżej 100 metrów. Czas pojedynczego epizodu również jest bardzo odrębną cechą. Erupcja trwa od kilku-, kilkunastu sekund, do minut, ale w skrajnych przypadkach widowisko można podziwiać nawet przez kilkadziesiąt minut.

Wyjątkowy sposób wydostawania się wody na powierzchnię, związany jest z charakterystyczną budową (morfologią) tych źródeł. W przypadku gejzerów najczęściej mamy do czynienia z głębokim, owalnym przewodem (kominem), który wypełniony jest wodą. Układ i przebieg kanału pod powierzchnią terenu miejscami jest przewężony lub wygięty i to właśnie te nieregularności jego kształtu mają decydujące znaczenie w kwestii wielkości, czasu i siły wybuchu.

Woda w podziemnych przewodach podgrzewana jest od dołu przez zalegające na niedużej głębokości pokłady magmy. W kanale temperatura wody wzrasta wraz z głębokością i chociaż przekracza 100ºC, to przeważnie nie osiąga wartości, w których następuje jej wrzenie. Związane jest to z panującym w przewodzie wysokim ciśnieniem, które podnosi temperaturę gotowania.

Ocenia się, że na głębokości 30 m woda wrze w temperaturze aż 144ºC. Jeżeli proces wrzenia wody zostanie zainicjowany, to zazwyczaj następuje w środkowej części przewodu. W gotującej się wodzie pojawiają się pęcherzyki gazu – pary wodnej, które podnoszą nieco nadległą kolumnę wody ku górze, powodując wylanie się części na powierzchnię. Dzięki temu następuje zmniejszenie wysokości słupa wody, co jednocześnie obniża panujące w przewodzie ciśnienie.

Zmniejszenie ciśnienia w kanale powoduje obniżenie temperatury wrzenia, które błyskawicznie obejmuje przegrzaną wodę zalegającą na większych głębokościach. Rozpoczyna to gwałtowne wyrzucenie z kanału wrzącej wody wraz z towarzyszącymi temu zjawisku kłębami pary wodnej. Po opróżnieniu podziemnego przewodu potrzeba określonego czasu, aby ponownie napełnił się wodą, która powtórnie ulega ogrzaniu i całe zjawisko rozpoczyna się od początku. Wraz z upływem lat okresowość erupcji wydłuża się, ulega stopniowemu osłabieniu aż do całkowitego ich zaniku. W takiej sytuacji gejzer przechodzi w zwykłe źródło termalne.

Woda wydostająca się z gejzerów, najczęściej posiada stosunkowo niewysoką mineralizację (suma wszystkich rozpuszczonych składników), oscylującą na poziomie 1-2 g/l. Zazwyczaj są to wody chlorkowo-sodowe. Gdy woda jest wyrzucana z podziemnego otworu, to w tym momencie następuje jej dosyć istotne ochłodzenie. Zjawisko to sprzyja wytrącaniu się z wodnego roztworu martwicy krzemionkowej w postaci gejzerytu lub też powstaje aragonit, które następnie osadzają się na powierzchni tworząc przeróżne formacje skalne.

W zależności od sposobu erupcji mogą to być swego rodzaju rozległe kopuły lub charakterystyczne formy przybierające postać stożka. Cechy te są podstawowymi kryteriami, według których wydziela się dwa typy gejzerów: fontannowe oraz stożkowe. Cechą wyróżniającą gejzery fontannowe najczęściej jest gwałtowna i burzliwa erupcja wody z szerokich kanałów, wokół których przez tysiące lat powstała podniesiona kopuła, gdzie znajduje się wypełniona wodą niecka mająca charakter otwartych basenów, mis itp.

W przypadku gejzerów stożkowych wyrzut wody następuje przez wąski otwór znajdujący się na szczycie stożka. Erupcja w postaci stałego strumienia trwa zdecydowanie dłużej, ale zazwyczaj nie osiąga takich dużych wysokości, jak ma to miejsce w przypadku gejzerów fontannowych. Czasami z uwagi na „zarośnięcie” od góry wylotu, strumień wody może wydostawać się w różnych kierunkach kilkoma pobocznymi otworami.

Gejzery na Islandii

Powszechnie przyjęta na świecie nazwa gorących źródeł wyrzucających w powietrze wodę podziemnego przewodu, pochodzi od islandzkiej nazwy największego z nich – Geysir, co w dosłownym tłumaczeniu znaczy „wielki wytryskiwacz”. W czasie aktywności był to największy gejzer świata. W momencie erupcji wyrzucał strumień wody o średnicy 3 m na wysokość ponad 60 metrów. Został uznany za cud natury już około 800 lat temu. W ówczesnym czasie świadkowie jego erupcji byli przekonani, że wrząca woda pochodzi bezpośrednio z piekła. W przeszłości wybuchał regularnie, niestety w XX w. jego aktywność zanikła (…)

Więcej przeczytacie w artykule Roberta Machowskiego i Mariusza Rzętały „Gejzery – fenomen hydrosfery” w najnowszym wydaniu (6/2021) „Geografii w Szkole”.