Энциклопедия о строении земли

Как действуют гейзеры

Гейзеры — это периодически фонтанирующие горячие источники, распространенные в областях современной или недавно прекратившейся вулканической деятельности. Со взрывом и грохотом огромный столб кипящей воды, окутанный густыми клубами пара, взлетает вверх, достигая иногда 80 м. Фонтан бьет некоторое время, затем исчезает, клубы пара рассеиваются, и наступает покой.

Некоторые гейзеры выбрасывают воду совсем невысоко или только разбрызгивают ее. Бывают горячие источники, похожие на лужи, в которых вода кипит пузырями. Обычно вокруг гейзера есть бассейн или неглубокий кратер поперечником в несколько метров. Края такого бассейна и прилегающей к нему площадки покрыты отложениями содержащегося в кипятке кремнезема. Эти отложения называются гейзеритом. Около некоторых гейзеров образуются конусы из гейзерита высотой до нескольких метров.

Перед началом извержения вода поднимается, медленно заполняет бассейн, бурлит, выплескивается, затем высоко со взрывом взлетает фонтан кипятка. Тотчас после извержения гейзера бассейн освобождается от воды, и на дне его можно увидеть заполненный водой канал — жерло, уходящее глубоко в землю.

Гейзеры — очень редкое и красивое явление природы. Они есть на Камчатке, в одном из районов Тибета на высоте 4700 м, в Исландии, Новой Зеландии и Северной Америке. Небольшие одиночные гейзеры встречаются в некоторых других вулканических областях земного шара.

В восточной части Камчатки, южнее Кроноцкого озера, протекает река Гейзерная. Начинается эта река на безжизненных склонах потухшего вулкана Кихпиныч и в нижнем течении образует долину шириной до 3 км. В этой долине встречается много горячих ключей, горячих и теплых озер и т. д.

Долина гейзеров на Камчатке.

Здесь известно около 20 крупных гейзеров, не считая мелких, выплескивающих воду вверх. всего на несколько сантиметров. Почва около них теплая, а иногда и горячая. Многие гейзеры окружены натеками разноцветного гейзерита, которые покрывают иногда большие площади. Так, например, около самого большого камчатского гейзера Великан, выбрасывающего фонтан высотой в несколько десятков метров, образовалась площадка гейзерита примерно в гектар. Она вся покрыта натеками в виде маленьких каменных розочек серовато-желтого цвета. Неподалеку находится гейзер Жемчужный, названный так по форме и цвету отложений гейзерита. Гейзер Сахарный окружен красивыми отложениями нежно-розового гейзерита. Это пульсирующий источник. Вода из него выплескивается равномерными толчками. Гейзер Первенец находится на каменистой горячей площадке почти на самом берегу реки Шумной, недалеко от устья Гейзерной. Бассейн Первенца диаметром и глубиной около полутора метров окружают крупные глыбы камней. Если заглянуть в него тотчас после извержения, можно увидеть, что в нем совершенно нет воды, а на дне видно отверстие, или канал, косо уходящий в глубину. Через несколько минут из-под земли доносится гул, похожий на шум мотора: по каналу начинает подниматься вода, постепенно наполняющая бассейн. Она кипит, доходит до краев бассейна, поднимается все выше и выше, выплескивается, и, наконец, со взрывом вырывается косо направленный столб кипятка, окутанный густыми облаками пара. Фонтан высотой 15—20 м бьет 2—3 мин, затем исчезает, пар рассеивается.

Горловина гейзера. Обычно представляет собой конусообразные накопления светлого кремнистого туфа — гейзерита.

С давних пор славится своими горячими источниками, кипящими реками и гейзерами Исландия. В долинах большинства ее рек видны поднимающиеся облачка паров от кипящих ключей и гейзеров. Они особенно многочисленны в юго-западной части острова. Интересен знаменитый Большой Гейзер с диаметром бассейна около 18 м. Гладкое дно бассейна в центре переходит в округлое жерло около 3 м в диаметре, по форме похожее на раструб пионерского горна. Извержения Большого Гейзера очень красивы. Они повторяются через каждые 20— 30 ч и длятся около 3 ч. Высота фонтана достигает 30 м. Жители суровой Исландии используют горячие источники для выращивания в теплицах овощей и фруктов. Столица Исландии Рейкьявик и большинство городов и поселков полностью отапливаются водами горячих источников.

Самый большой камчатский гейзер Великан. Он выбрасывает фонтан горячей воды в несколько десятков метров.

На острове Северном в архипелаге Новая Зеландия до 1904 г. действовал гейзер Ваймангу. Это был самый большой гейзер в мире. Во время сильного извержения его струя выбрасывалась на высоту 450 м. Но теперь этот гейзер совершенно исчез, что связано с понижением на 11 м уровня воды в ближайшем озере Таравера. Извержение другого новозеландского гейзера — Кроус-Нест (Воронье гнездо) на берегу озера Вайкато тоже зависит от уровня воды в озере. Если вода стоит высоко, гейзер извергается каждые 40 мин, если уровень воды низкий — извержение происходит через 2 ч.

Гейзеры — периодически фонтанирующие горячие источники, распространенные в области современной или недавно

Многочисленные горячие источники и 200 действующих гейзеров находятся в Северной Америке в Йеллоустонском национальном парке. Это плоскогорье, изрезанное глубокими долинами рек и впадинами озер, окруженное высокими снежными хребтами Скалистых гор. Несколько миллионов лет назад здесь происходили, очень сильные вулканические извержения, в результате которых возник этот удивительный уголок природы. Самый знаменитый гейзер Йеллоустонского парка — Старый Служака. В течение многих лет он не прекращает своей деятельности.

Схема действия гейзера. Находящаяся под гидростатическим давлением вода в подземных пустотах постепенно нагревается выше 100°. При достижении критической температуры она вскипает. Образующийся пар с шумом выбрасывается из гейзера, увлекая с собой кипящую воду.

Огромное количество тепла выносят гейзеры и горячие источники на поверхность земли. Откуда же берется это тепло? Возникают гейзеры в районах, где близко к земной поверхности залегает неостывшая магма. Выделяющиеся из нее газы и пары, поднимаясь, проходят длинный путь по трещинам. Они растворяются в подземных водах и нагревают их. Такая вода и выходит на поверхность Земли в виде бурлящих горячих ключей, различных минеральных источников, гейзеров. Механизм действия гейзеров, периодически выбрасывающих воду на поверхность, еще не совсем выяснен. Ученые предполагают, что под землей гейзер состоит из пещер (камер) и соединяющих их проходов, трещин и каналов, встречающихся в застывших лавовых потоках. Эти пещеры и заполняются циркулирующими горячими подземными водами, которые под действием перегретых паров, поднимающихся от магматических очагов, нагреваются до температур выше точки кипения воды. Извержения гейзеров зависят от величины подземных камер и каналов, от расположения трещин, по которым поступает тепло из магматического очага, от количества и скорости притока грунтовых вод. Из физики известно, что точка кипения воды при давлении в 1 атм на уровне моря равна 100°. Если давление увеличивается, то температура кипения повышается. Давление столба воды в канале гейзера повышает точку кипения воды на дне канала. Нагретый нижний слой воды делается менее плотным и поднимается на поверхность, а более холодная вода с поверхности спускается вниз, где, согреваясь, в свою очередь, поднимается, и т. д. Перегретая вода, поднимаясь по каналу, достигает того уровня, на котором давление столба воды уменьшается настолько, что она может вскипеть, а упругость водяного пара сможет выбросить ее с огромной силой вверх в виде кипящего фонтана.

Извержение гейзера Старый Служака (Сев. Америка).

Если канал гейзера широкий и более или менее правильной формы, вода перемешивается, закипает и периодически выплескивается на поверхность в виде горячего фонтана. Если же канал извилистый и узкий, вода не может перемешиваться и нагреваться равномерно. Вследствие давления сверху столба воды нижние слои воды оказываются перегретыми и не превращаются в пар. Пар выделяется лишь отдельными пузырями. Накапливаясь внизу, сжатый пар стремится расшириться, давит на верхний слой воды в канале и поднимает ее настолько, что она выплескивается на поверхность Земли небольшими фонтанами — предвестниками извержения. Вес столба воды в канале уменьшается, следовательно, давление на глубине понижается, и перегретая вода, находясь выше точки кипения, мгновенно превращается в пар. Давление пара снизу так велико, что он выталкивает воду из канала — и в воздух выбрасывается огромный фонтан кипятка и клубы пара.

Так выглядят некоторые виды водорослей, приспособившиеся к жизни в горячей воде.

Охлажденная выброшенная вода частично падает в чашу гейзера и попадает в его канал. Часть воды поднимается с глубин, но большая часть ее обычно просачивается в канал из боковых пород. В канале она нагревается, перегревается в нижних частях его, возникает снова пар, и происходят выбросы пароводяной смеси, т. е. гейзер начинает извергаться с полной силой.

Озера вулканического происхождения — кальдеры — довольно распространенное явление на Камчатке.

Таким образом, периодичность действия гейзеров зависит от размеров канала (но не от его формы), времени его заполнения водой и нагревания до температур, несколько превышающих точку кипения воды в местонахождении гейзера, что зависит от абсолютной высоты этой местности.

Гейзериты — отложения кремнезема, содержащегося в кипятке, выбрасываемом гейзером. Около некоторых гейзеров образуются конусы из гейзерита от нескольких сантиметров до нескольких метров. Они бывают очень разнообразны по форме и цвету.