Geisers

Een geiser is een warmwaterbron die wordt gekarakteriseerd door het met tussenpozen de lucht in spuiten van water en stoom. Het woord geiser komt van ‘geysir’, de naam van een bekende geiser bij Haukadalur, IJsland. Deze naam komt weer van het IJslandse werkwoord gjósa, wat ‘spuiten’ betekent.

Geisers zijn tijdelijke geologische verschijnselen, met een maximale levensverwachting van rond de 1.000 jaar. Geisers worden vooral aangetroffen in vulkanisch actieve gebieden. De vorming van geisers is afhankelijk van bepaalde hydrogeologische omstandigheden, die enkel op een paar plekken op aarde voorkomen. Geisers zijn dus een zeldzaam fenomeen.

De activiteit van de geiser wordt beïnvloedt door de aanwezigheid van magma. Oppervlaktewater dat aanwezig is in de buurt van een geiser, werkt zich een weg naar beneden totdat het in contact komt met het door magma verwarmde gesteente. Het warme gesteente zorgt ervoor dat het water gaat koken en uitzetten, waardoor de druk in de geiser toeneemt en de geiser tot uitbarsting komt. Hierbij spuit een mengel van warm water en stoom uit de oppervlakteopening van de geiser de lucht in.

Op aarde komen, voor zover bekend, ongeveer 1.000 geisers voor. Daarvan bevindt zich ongeveer de helft in Yellowstone National Park in de Verenigde Staten. De eruptieve activiteit van een geiser kan verminderen als gevolg van het neerslaan van mineralen in de schacht (ofwel het eruptiekanaal) van de geiser, aardbevingen, menselijke interventie of het fuseren van een geiser met een andere warmwaterbron.

Fonteinachtige erupties, de meeste bekende vorm van geisers, zijn waargenomen op verscheidene van de manen van buiten ons zonnestelsel. Omdat de luchtdruk op andere planeten zo laag is, bestaan deze erupties volledig uit waterdamp (in plaats van uit water). Fonteinachtige erupties waarbij waterdamp de lucht in wordt gespoten, zijn waargenomen in de buurt van de Zuidpool van de maan Enceladus (een maan van Saturnus). Behalve door geothermische energie, kunnen geiserachtige erupties ook veroorzaakt worden door verhitting via de zon. Voorbeelden daarvan zijn stikstof erupties en koolstofdioxide erupties. Stikstof erupties zijn waargenomen op de maan Triton (een maan van Neptunus). Er zijn ook tekenen van koolstofdioxide (CO₂) erupties op de IJskap van de Zuidpool van de planeet Mars.

 

Werking geisers

Oppervlaktewater werkt zich altijd een weg naar beneden tot een gemiddelde diepte van ongeveer 2.000 meter, waar het water in contact komt met warm gesteente en aan het koken wordt gebracht. Als het water kookt, zorgt de verhoogde druk (die ontstaat door het koken van het water) ervoor dat een kolom van stoom en water zich verplaatst in de richting van het aardoppervlak door een stelsel van schachten onder het aardoppervlak. Voor de vorming van geisers is een combinatie nodig van drie geologische condities die gewoonlijk in vulkanisch gebied worden aangetroffen, namelijk een intense warmtebron, water en een schachten systeem:

Intense warmtebron

Een geiser spuit een mengsel van heet water en stoom de lucht in. Voor de vorming van een geiser, is er dus een warmtebron nodig om het water in de geiser te verwarmen. Deze warmte wordt geleverd, door de aanwezigheid van magma dicht onder het aardoppervlak. Meestal zorgt de aanwezigheid van een mantelpluim voor de opwarming van het gesteente onder de geiser. Een mantelpluim is een kolom van gesmolten gesteente dat binnen in de aarde door de mantel en een deel van de korst heen opstijgt, waardoor er een hotspot aan het aardoppervlak ontstaat. Omdat de aanwezigheid van een mantelpluim vaak samengaat met het voorkomen van andere vulkanische activiteit (zoals vulkanen), worden geisers eigenlijk alleen aangetroffen in vulkanisch actieve gebieden.

Water

Het water dat uit een geiser wordt gespoten, moet zich onder de grond door diepe en onder druk staande scheuren in de aardkorst kunnen verplaatsen om bij het warme gesteente te komen.

Een schachten systeem

Om verwarmt water een geiser te laten vormen, is er een ondergronds stelsel aan schachten nodig. Daarnaast is er ook een water reservoir nodig, om het water in op te slaan terwijl het wordt verhit. Geisers komen meestal voor langs breuklijnen. Het schachten stelsel bestaat uit een stelsel van breuken, scheuren, poreuze ruimten en soms holtes. Vernauwingen in het systeem zijn essentieel voor het opbouwen van de druk, die nodig is om een eruptie plaats te laten vinden.

Uiteindelijk stijgt de temperatuur van het water onderin de geiser tot een punt, waarbij het koken begint. Stoombubbels in het water verplaatsen zich naar de top van de waterkolom. Wanneer de waterkolom door de opening in het aardoppervlak omhoog spuit, gaat er altijd wat water verloren dat niet direct terug de geiseropening instroomt. Hierdoor wordt het gewicht van de waterkolom in de geiser (en dus de druk van het water in de geiser) vermindert. Naarmate er weer meer water terug de geiser instroomt en de temperatuur en druk van het water in de geiser weer stijgt, wordt toegewerkt naar een volgende uitbarsting.

Bij een eruptie van de geiser, daalt de druk nabij het aardoppervlak behoorlijk. Het kokende water gaat nu nog sneller over in stoom. Dit komt omdat water bij een lagere druk al bij een lagere temperatuur kookt. Het resultaat is een mengsel van stoom en warm water dat uit de geiseropening spuit.

 

Uitbarsting Geiser

Een geiser blijft zo af en toe tot uitbarsting komen, doordat oppervlakte water geleidelijk door de grond heen sijpelt en zo de watervoorraad in de geiser op peil houdt. Het geothermisch verhitte water stijgt daarna weer naar het aardoppervlak als gevolg van convectiestroming door poreus gesteente waarin zich breuken bevinden. Veel geisers bestaan uit een kleine opening aan het oppervlak, die is verbonden met een of meerdere smalle buizen die naar ondergrondse water reservoirs leiden.

Terwijl de geiser zich vult met water, koelt de top van de waterkolom in de geiser af. Maar omdat het kanaal zo smal is, is afkoeling van het water als gevolg van convectiestromingen in het water niet mogelijk. Het koudere water bovenin de waterkolom drukt op het hetere water dat zich onderin de waterkolom bevindt. De hoge druk die hierdoor onderin de waterkolom ontstaat zorgt ervoor, dat het water in het reservoir superverhit wordt. Waardoor het water vloeibaar blijft bij temperaturen ver boven het kookpunt bij normale atmosferische druk (100 graden Celsius).

Uit gesteente rondom de geiser lost kwarts, ofwel siliciumdioxide (SiO₂) op, wat vervolgens wordt afgezet op de wanden van het schachten systeem van de geiser en aan het oppervlak van de geiser. Deze afzettingen zorgen ervoor dat de kanalen die het water naar het oppervlak vervoeren drukdicht zijn. Dit zorgt er op zijn beurt weer voor, dat de druk heel de weg van de bodem tot de top van de geiser behouden blijft en niet weglekt naar de losse aarde die zich normaal onder het geiserveld bevindt. Het behouden van de druk tijdens het transport van het water naar het oppervlak is van essentieel belang voor een geiser om water de lucht in te kunnen laten spuiten.

Uiteindelijk koelt het water dat in de geiser achterblijft af tot onder het kookpunt en neemt de druk en de hoeveelheid water in de geiser zodanig af, dat de eruptie ophoudt. Verhit grondwater sijpelt terug in het reservoir en de hele cyclus begint opnieuw. De duur van een eruptie van een geiser, en de tijd tussen opeenvolgende erupties van dezelfde geiser verschillen per geiser. De Strokkur geiser in IJsland barst elke paar minuten enkele seconden lang uit. De ‘Grand Geyser’ in de Verenigde Staten barst elke 8 tot 12 uur gedurende ongeveer 10 minuten uit.

 

 

Soorten Geisers

Er worden twee soorten geisers onderscheiden, namelijk fonteingeisers en kegelgeisers.

Fonteingeisers barsten uit vanuit waterpoelen, meestal in een serie van uitbarstingen van gelijke intensiteit. ‘Grand Geyser’ (Yellowstone National Park) is de grootste van de voorspelbare geisers op aarde en is een voorbeeld van een fonteingeiser.

Kegelgeisers barsten uit vanuit kegels (heuvels van Siliciumdioxide), meestal in fonteinen die tussen een paar seconden en enkele minuten duren. ‘Old Faithful’, misschien wel de meest bekende geiser van Yellowstone National Park, is een voorbeeld van een kegelgeiser.

De intense krachten die zich in een uitbarstende geiser opbouwen, zijn de voornaamste reden dat geisers zo zeldzaam zijn. Er zijn veel vulkanische gebieden in de wereld waar zich warmwaterbronnen, moddervulkanen en fumarolen bevinden. In slechts enkele vulkanische gebieden op aarde bevinden zich geisers. Dit komt, omdat op de meeste plaatsen waar de omstandigheden voor het ontstaan van geisers goed zijn, de structuur van het gesteente te los is. Erupties zorgen in dat geval voor afbraak (erosie) van de kanalen, waardoor geisers in wording zichzelf verwoesten.

De meeste geisers ontstaan op plaatsen waar zich vulkanische stollingsgesteente ryoliet bevindt. Dit gesteente lost op in warm water en slaat elders in het schachtensysteem van de geiser neer. In de loop van de tijd zorgen deze minerale afzettingen ervoor dat het gesteente dat deel uitmaakt van het schachtensysteem steviger wordt, waardoor de geiser gedurende langere tijd kan blijven bestaan.

Geisers zijn fragiele vulkanische verschijnselen die slecht tegen veranderende omstandigheden kunnen. Veel geisers zijn verwoest door mensen die er afval in hebben gegooid. Ook het opwekken van geothermische energie het ertoe geleidt dat bepaalde geisers niet meer tot uitbarsten komen. De Geysir in IJsland heeft periodes gehad van activiteit en inactiviteit. Gedurende de lange periodes dat de Geysir inactief was, werden erupties soms (meestal bij speciale gelegenheden) door de mens opgewekt door het toevoegen van surfactant (een stof die de oppervlaktespanning van een vloeistof kan verlagen).

 

Leven in Geisers

De specifieke kleuren die sommige geisers hebben, zijn afkomstig van het feit dat ondanks de zware omstandigheden, er vaak leven in geisers wordt gevonden in de vorm van thermofiele prokaryoten (eencellig leven zonder celkern, zoals bacteriën en archaebacteriën). Er zijn zelfs thermofielen die een voorkeur hebben voor een omgevingstemperatuur boven de 100 graden Celsius. Deze prokaryoten bezitten hitte-stabiele enzymen die hun activiteit zelfs bij hoge temperaturen behouden. Ter vergelijking zien we bij zoogdieren (inclusief de mens) dat enzymen al veel aan activiteit verliezen bij een lichaamstemperatuur van boven de 42 graden Celsius. De verlies aan activiteit van bepaalde enzymen in het lichaam zorgt ervoor, dat wij al bij een lichaamstemperatuur van boven de 42 graden kunnen sterven.

 

's werelds grootste geiservelden

Geisers zijn behoorlijk zeldzaam. Voor het ontstaan van geisers is een combinatie nodig van warmte, water en een schachten systeem. Deze combinatie van factoren is slechts op enkele plaatsen op aarde aanwezig.

 

Geisers in Yellowstone National Park, VS:

Yellowstone National Park bevat het grootste geiser gebied op aarde, met duizenden warmwaterbronnen en naar schatting 300 tot 500 geisers. De helft van het totaal aantal geisers op aarde bevindt zich in de negen geiservelden die Yellowstone National Park telt. Yellowstone ligt grotendeels in de Noord-Amerikaanse staat Wyoming, maar ook deels in de staten Montana en Idaho. Yellowstone bevat 's werelds grootste actieve geiser ‘Steamboat Geyser’, die bij een uitbarsting het water meer dan 90 meter hoog de lucht in spuit. Andere bekende geisers die zich in Yellowstone National Park bevinden, zijn: ‘Old Faithful Geyser’, ‘Beehive Geyser’, ‘Giantess Geyser’, ‘Lion Geyser’, ‘Plume Geyser’, ‘Aurum Geyser’, ‘Castle Geyser’, ‘Sawmill Geyser’, ‘Grand Geyser’, ‘Oblong Geyser’, ‘Giant Geyser’, ‘Daisy Geyser’, ‘Grotto Geyser’, ‘Fan & Mortar Geyser’ en ‘Riverside Geyser’. Deze geisers staan allemaal in het Upper Geyser Basin, waar zich ongeveer 180 geisers bevinden.

Geisers in ‘Vallei van de Geisers’, Rusland:

De Vallei van de Geisers ligt op het Russische schiereiland Kamtsjatka en is het enige geiserveld in Eurazië en heeft het op twee naar grootste aantal geisers per km². Dit gebied bevat naar schatting ongeveer 200 geisers en vele warmwaterbronnen. Het gebied werd gevormd als gevolg van krachtige vulkanische activiteit. Deze geisers staan bekend om de vreemde manier van uitbarsten. Zo barsten de meeste geisers in de ‘Vallei van de Geisers’ onder een hoek uit. Daarnaast wordt de overgrote meerderheid van de geisers in de ‘Vallei van de Geisers’ geclassificeerd als een fonteingeiser, in tegenstelling tot de meeste andere geiservelden in de wereld.

Geisers in ‘El Tatio’, Chili:

De naam El Tatio betekend “de grootvader”. El Tatio is een geiserveld in het Andesgebergte in het noorden van Chili, op een hoogte van 4200 meter boven zeeniveau. In deze vallei bevinden zich op dit moment naar schatting 80 geisers. El Tatio werd het grootste geiserveld van het zuidelijk halfrond na de verwoesting van veel van de Nieuw-Zeelandse geisers, en is het derde grootste geiserveld van de wereld. Opvallend aan deze geisers, is dat hun uitbarstingen erg laag zijn. De hoogste uitbarsting die is waargenomen, was slechts 6 meter hoog. Maar de stoomkolommen kunnen tot ruim 20 meter de lucht in komen. De gemiddelde eruptie hoogte van de geisers in El Tatio is ongeveer 0,75 meter.

Geisers in ‘Vulkanisch gebied Taupo’, Nieuw-Zeeland:

Het vulkanische gebied Taupo bevindt zich op het Noordereiland Nieuw Zeeland. Het is 350 km lang en 50 km breed en ligt boven een subductiezone. Veel geisers in dit gebied werden verwoest als gevolg van geothermische onderzoeken en ontwikkelingen. Maar het vulkanische gebied Taupo bevat nog steeds enkele tientallen actieve geisers. Aan het begin van de 20^e eeuw bevatte dit gebied de grootste geiser die ooit is waargenomen, de ‘Waimangu Geyser’. ‘Waimangu Geyser’ begon in 1900 met uitbarsten en barstte gedurende 4 jaar periodiek uit, totdat een aardverschuiving de geiser verwoestte. Uitbarstingen van de ‘Waimangu Geyser’ bereikten 160 meter hoogte en sommige superuitbarstingen haalden zelfs een hoogte van maar liefst 500 meter! Recent wetenschappelijk onderzoek heeft aangetoond dat de aardkorst onder het vulkanische gebied Taupo maar 5 km dik is. Onder de dunne aardkorst van het vulkanische gebied Taupo ligt een laag magma van 50 km breed en 160 km lang. Er is daar dus een grote warmtebron aanwezig, die het ontstaan van geisers mogelijk maakt.

Geisers in IJsland:

IJsland is een eiland voor de westkust van Europa, in de Atlantische Oceaan. In IJsland bevinden zich enkele van de grootste geisers op aarde. Hoewel veel van de geisers zich in de Haukadalur vallei bevinden, komen geisers en warmwaterbronnen over heel IJsland voor. De Geysir, de geiser waarvan het woord geiser is afgeleidt, barstte voor het eerst uit in de 14^e eeuw. In de 20^e eeuw kwam de Geysir slechts nog af en toe tot uitbarsting, meestal na een aardbeving. Voor speciale gelegenheden werden erupties van Geysir opgewekt met zeep. In juni 2000 kwam de geiser weer even tot leven, maar momenteel treden er niet regelmatig uitbarstingen van de Geysir op. De nabijgelegen Stokkur geiser barst elke 5 tot 8 minuten uit tot een hoogte van ongeveer 30 meter. Het is zeker een aanrader de Stokkur geiser te bezoeken als u naar IJsland op vakantie gaat.

Uitgedoofde, dode en slapende geiservelden:

Door het aanleggen van leidingen voor het opwekken van geothermische energie (aardwarmte) zijn de geisers van ‘Nevaka-Beowawe’ en ‘Steamboat Springs’ verwoest. Bij het opwekken van geothermische energie, wordt gebruik gemaakt van de warmte van de geiser. Door het onttrekken van warmte aan geisers (voor het opwekken van energie) daalt de temperatuur in de geiser vaak zodanig, dat deze niet langer meer actief zijn. In IJsland zorgt geothermische energie tegenwoordig voor meer dan de helft van de benodigde energie.

Veel van de geisers in Nieuw Zeeland zijn de laatste eeuw door mensen verwoest, als gevolg van het opwekken van geothermische energie (aardwarmte) en het overstromen van geiservelden door plaatsing van waterdammen. Ook op een natuurlijke manier zijn verscheidene Nieuw-Zeelandse geisers uitgedoofd. Zo is bij de uitbarsting van de vulkaan Mount Tarawera in 1886 het Rotomahana geiserveld volledig verwoest.

 

Andere verschijningsvormen van geisers:

Er zijn verschillende andere typen geisers die op een andere manier uitbarsten dan de normale stoomgeisers. Deze geisers zijn niet alleen verschillend in hun eruptiestijl, maar ook in de drijvende kracht achter de uitbarstingen. Zulke geisers zijn geen echte geisers, maar worden wel zo genoemd omdat ze allemaal water onder druk uitstoten.

Kunstmatige (artificiële) geisers:

In een aantal geothermische bronnen is door de mens een gat en schacht gemaakt, waardoor deze voorheen afgesloten geothermische bronnen kunnen uitbarsten als geisers. Deze zogenaamde artificiële geisers zijn geen echte geisers. Little Old Faithful Geyser in California is een voorbeeld van een artificiële geiser. Deze geiser barst uit door een gat dat omstreeks 1800 is gemaakt, waardoor deze dode geiser werd heropend.

Koud water geisers

Uitbarstingen van koudwater geisers zijn vergelijkbaar met de uitbarstingen van de normale warmwater geisers. Het verschil is echter, dat uitbarstingen van koudwater geisers worden aangedreven door CO₂ belletjes in plaats van stoom. Bij koudwater geisers zorgt ophoging van CO₂ ervoor dat water onder druk komt te staan, waardoor het water en CO₂ uiteindelijk tot uitbarsting komen. Uitbarstingen van koudwater geisers lijken erg veel op uitbarstingen van de normale stoom-geisers, maar vaak is het CO₂ bevattende water witter en bruist meer. De meest bekende koudwater geiser is waarschijnlijk Crystal Geyser, nabij de Green River in Utah (VS). Crystal Geyser barst dagelijks tussen de 8 en 17 uur uit. In Duitsland bevinden zich twee koudwater geisers, namelijk ‘Brubbel’ en ‘Geysir Andernach’.

Doorlopende spuiter:

Een doorlopende spuiter is een warmwaterbron die continu water de lucht in spuit. Deze worden geisers genoemd, maar zijn dat niet. Omdat een belangrijk kenmerk van een echte geiser is, dat deze periodiek uitbarst.

 

Commercieel gebruik van geisers

Geisers worden voor verschillende doeleinden gebruikt, zoals voor het genereren van elektriciteit, verwarming en toerisme. Over de hele wereld zijn er veel gebieden met geothermische activiteit. De geiservelden in IJsland zijn enkele van de meest commercieel levensvatbare geiser locaties in de wereld. IJsland verdient veel aan toeristen die op vakantie gaan naar IJsland om daar de geisers te bewonderen. IJsland ontvangt jaarlijks ongeveer 300.000 toeristen, evenveel als het aantal inwoners. De toeristen gaan naar IJsland op vakantie, voor het ruige landschap met de indrukwekkende geisers, vulkanen en watervallen.

 

 

Sinds de jaren 20 van de 20^e eeuw is warm water afkomstig van de geisers gebruikt voor het verwarmen van kassen. Hierdoor konden er op IJsland gewassen groeien, die anders niet in het koude IJslandse klimaat hadden kunnen groeien. Stoom en warm water afkomstig van geisers is in IJsland sinds 1943 gebruikt voor het verwarmen van huizen. Tegenwoordig wordt meer dan de helft van de energievoorziening in IJsland gedekt door geothermische energie.

 

Geisers elders in ons zonnestelsel

Er zijn verschillende planeten in ons zonnestelsel waar fonteinachtige erupties zijn waargenomen, die vaak ook geisers worden genoemd. In tegenstelling tot de geisers op aarde, worden bij de uitbarsting van deze buitenaardse geisers gassen, stof of ijsdeeltjes omhoog gespoten. Op de zuidpool van Enceladus (een maan van Saturnus), zijn uitbarstingen van geisers waargenomen. Het is nog niet helemaal bekend hoe deze uitbarstingen tot stand komen. Maar het is waarschijnlijk dat de aantrekkingskracht van de maan Dione de warmte produceert die de uitbarstingen veroorzaken.

Behalve door geothermische energie, kunnen geiserachtige erupties ook veroorzaakt worden door verhitting via de zon. Voorbeelden daarvan zijn stikstof erupties en koolstofdioxide erupties. Stikstof erupties zijn waargenomen op de maan Triton (een maan van Neptunus). Deze erupties werden per toeval ontdekt, toen in 1989 de onbemande ruimtesonde Voyager 2 langs Neptunus's maan Triton vloog. Astronomen zagen donkere pluimen die tot 8 km boven het maanoppervlak uitkwamen. Astronomen konden achterhalen dat deze pluimen bestonden uit stikstofgas en stof. Ook op de zuidpool van Mars bevinden zich door de zonnewarmte aangedreven geisers, die bij een uitbarsting CO₂ gas omhoog spuiten.

 

 

• disclaimer  | 
• contact  | 
• over vulkanisme.nl  | 
• privacy  | 
• sitemap