Een geiser is een natuurlijke warmwaterbron die met tussenpozen water en stoom de lucht in spuit. 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. Ze komen voornamelijk voor in vulkanisch actieve gebieden, maar alleen op plekken waar specifieke hydrogeologische omstandigheden aanwezig zijn. Het is dan ook een zeldzaam fenomeen.
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 afnemen 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.
Werking geisers
De aanwezigheid van magma beïnvloedt de activiteit van de geiser. Oppervlaktewater dat aanwezig is in de buurt van een geiser, werkt zich een weg naar beneden door het vulkanische gesteente tot een gemiddelde diepte van zo’n 2.000 meter. Daar komt het water in contact met door magma verwarmd gesteente.
Dit zorgt ervoor dat het water gaat koken en uitzetten. Daardoor neemt de druk in de geiser toe en komt de geiser tot uitbarsting. Hierbij spuit een mengsel van warm water en stoom uit de oppervlakte-opening van de geiser de lucht in.
Voor de vorming van geisers is een combinatie van drie geologische condities nodig die gewoonlijk in vulkanische gebieden voorkomen, namelijk een intense warmtebron, water en een schachtensysteem:
Intense warmtebron
Voor de vorming van een geiser is een warmtebron nodig om het water te verwarmen en zo de druk op te bouwen die leidt tot de uitbarsting. De bron van deze warmte is 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 aardmantel en een deel van de aardkorst 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), komen geisers eigenlijk alleen voor in vulkanisch actieve gebieden.
De rol van water
Water en stoom zijn een essentieel onderdeel van de geiser. Het water dat een geiser uitspuit verplaatst zich onder de grond door scheuren in de aardkorst. Eerst sijpelt het water naar beneden door de scheuren in het vulkanisch gesteente om bij het warme gesteente te komen. Vervolgens baant een mengsel opgewarmd water en stoom zich een weg omhoog naar het aardoppervlak.
Een schachtensysteem
Voor de vorming van een geiser is het essentieel dat het water zich naar beneden kan bewegen richting de warmtebron en vervolgens naar boven kan bewegen om de opgebouwde druk te ontladen. Daarvoor is er een ondergronds stelsel aan schachten en een water reservoir (om het water in op te slaan terwijl het wordt verhit) nodig.
Geisers komen vooral voor langs breuklijnen. Het schachtensysteem bestaat uit een stelsel van breuken, scheuren, poreuze ruimten en soms holtes. Vernauwingen in het systeem zijn essentieel voor het opbouwen van druk in het systeem en de daaropvolgende eruptie.
Bij een eruptie van de geiser, daalt de druk nabij het aardoppervlak behoorlijk. Het kokende water gaat daardoor 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.
Geiser uitbarsting
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, koelt het water dieper in de geiser niet af. 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).
Silica zorgt voor drukdichte kanalen
Uit gesteente rondom de geiser lost kwarts, ofwel siliciumdioxide (SiO2) op, wat vervolgens wordt afgezet op de wanden van het schachtensysteem 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.
Duur en frequentie van uitbarstingen
Gedurende de uitbarsting neemt de druk en de hoeveelheid water in de geiser zodanig af, dat de eruptie uiteindelijk 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. Zo barst de Strokkur geiser in IJsland 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
We onderscheiden twee soorten geisers, namelijk fonteingeisers en kegelgeisers.
Fonteingeiser
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.
Kegelgeiser
Kegelgeisers barsten uit vanuit kegels (heuvels van siliciumdioxide: SiO2), 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.
Geisers zijn zeldzaam en fragiel
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 (verwering en erosie) van de kanalen, waardoor geisers in wording zichzelf verwoesten.
Kwartsneerslag houdt geisers intact
De meeste geisers ontstaan op plaatsen waar zich ryoliet bevindt. Ryoliet is een vulkanisch gesteente met een hoog gehalte aan kwarts (siliciumdioxide, SiO2). Dit mineraal lost op in het hete water en slaat elders in het schachtensysteem 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 door er afval in te gooien. Ook het opwekken van geothermische energie heeft bepaalde geisers uitgedoofd. De Geysir in IJsland heeft periodes gehad van activiteit en inactiviteit. Gedurende de lange periodes dat de Geysir inactief was, wekte de mens soms erupties op (meestal bij speciale gelegenheden) 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 voorkomt 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 overlijden.
’s werelds grootste geiservelden
Geisers zijn behoorlijk zeldzaam. Voor het ontstaan van geisers is een combinatie nodig van warmte, water en een schachtensysteem. Deze combinatie van factoren is slechts op enkele plaatsen op aarde aanwezig.
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. Het nationale park 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.
Vallei van de Geisers (Rusland)
De Vallei van de Geisers ligt op het Russische schiereiland Kamtsjatka en is het enige geiserveld in Eurazië. Dit geiserveld heeft het op twee naar grootste aantal geisers per km2. In totaal telt het gebied naar schatting 200 geisers en vele warmwaterbronnen. Het gebied werd namelijk gevormd als gevolg van krachtige vulkanische activiteit. Deze geisers staan bekend om hun bijzondere 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.
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 4.200 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.
Vulkanisch gebied Taupo (Nieuw-Zeeland)
Het vulkanische gebied Taupo bevindt zich op het Noordereiland Nieuw Zeeland. Dit vulkanische gebied is 350 km lang, 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 20e 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.
Geiservelden van 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 14e eeuw. In de 20e 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.
Sinds de jaren 20 van de 20e eeuw is warm water afkomstig van de geisers gebruikt voor het verwarmen van kassen. 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.
Geiser toerisme
Jaarlijks ontvangt IJsland ongeveer 300.000 toeristen, evenveel als het aantal inwoners van het land. De toeristen gaan naar IJsland op vakantie, voor het ruige landschap met de indrukwekkende geisers, vulkanen en watervallen. Dit maakt IJsland tot een unieke bestemming.
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. Nader onderzoek wees uit 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.
Veelgestelde vragen over geisers
Wat is een geiser?
Een geiser is een natuurlijke warmwaterbron die met tussenpozen water en stoom de lucht in spuit. Voor het ontstaan van een geiser zijn drie dingen nodig: een intense warmtebron (magma), water dat door de aardkorst sijpelt, en een drukdicht schachtensysteem van ryolietgesteente.
Wat is de grootste geiser ter wereld?
De Steamboat Geyser in Yellowstone National Park (VS) is de grootste actieve geiser ter wereld. Bij een uitbarsting spuit hij water meer dan 90 meter de lucht in. Yellowstone bevat ongeveer de helft van alle geisers op aarde.
Waarom zijn geisers zeldzaam?
Geisers zijn zeldzaam omdat drie omstandigheden tegelijk aanwezig moeten zijn: een warmtebron dicht onder het aardoppervlak, voldoende water, en een ondergronds schachtensysteem van stevig ryolietgesteente. Op de meeste plekken is het gesteente echter te los, waardoor erupties de kanalen afbreken voordat een echte geiser kan ontstaan.
Hoe lang duurt een geiser uitbarsting?
Dat verschilt sterk per geiser. De Strokkur in IJsland barst elke 5 tot 8 minuten enkele seconden uit. De Grand Geyser in Yellowstone barst elke 8 tot 12 uur uit en duurt dan ongeveer 10 minuten. De duur hangt af van de grootte van het ondergrondse waterreservoir en de breedte van het schachtsysteem.
Hoeveel geisers zijn er op aarde?
Er zijn naar schatting ongeveer 1.000 geisers op aarde. Daarvan bevindt zich ongeveer de helft in Yellowstone National Park in de Verenigde Staten. Andere grote geiservelden liggen in IJsland, Rusland (Kamtsjatka), Chili (El Tatio) en Nieuw-Zeeland.
