Geyser - Geyser

Geyser
Erupção do gêiser Strokkur, close-up view.jpg
Gêiser Strokkur , Islândia
Formado por Condições hidrogeológicas particulares que existem em alguns lugares da Terra
Uma seção transversal de um gêiser em ação

Um gêiser ( / ɡ z ər / , Reino Unido : / ɡ i z ər / ) é uma mola caracterizada por uma descarga intermitente de água ejectada de forma turbulenta e acompanhada por vapor. Como um fenômeno bastante raro, a formação de gêiseres se deve a condições hidrogeológicas particulares que existem apenas em alguns lugares da Terra. Geralmente todos os locais de campo de gêiser estão localizados perto de áreas vulcânicas ativas , e o efeito de gêiser é devido à proximidade do magma . Geralmente, a água de superfície desce a uma profundidade média de cerca de 2.000 metros (6.600 pés), onde entra em contato com rochas quentes. A ebulição resultante da água pressurizada resulta no efeito gêiser de água quente e vapor pulverizando para fora da abertura de superfície do gêiser (uma explosão hidrotérmica ).

A atividade eruptiva de um gêiser pode mudar ou cessar devido à deposição mineral contínua dentro do encanamento do gêiser, troca de funções com fontes termais próximas , influências de terremotos e intervenção humana. Como muitos outros fenômenos naturais, os gêiseres não são exclusivos do planeta Terra. Erupções semelhantes a jatos, freqüentemente chamadas de criogênicos , foram observadas em várias luas do sistema solar externo. Devido às baixas pressões ambientais, essas erupções consistem em vapor sem líquido; eles se tornam mais facilmente visíveis por partículas de poeira e gelo carregadas pelo gás. Vapor de água jatos foram observadas perto do pólo sul de Saturno 'lua de Enceladus , enquanto nitrogênio erupções têm sido observadas em Neptune ' lua de Triton . Também há sinais de erupções de dióxido de carbono na calota polar sul de Marte . No caso de Enceladus, acredita-se que as plumas sejam movidas por energia interna. Nos casos de ventilação em Marte e Tritão, a atividade pode ser resultado do aquecimento solar por meio de um efeito estufa de estado sólido . Em todos os três casos, não há evidência do sistema hidrológico subterrâneo que diferencia os gêiseres terrestres de outros tipos de ventilação, como fumarolas.

Etimologia

O termo 'gêiser' em inglês remonta ao final do século 18 e vem de Geysir , que é um gêiser na Islândia . Seu nome significa "aquele que jorra".

Forma e função

Gêiseres são feições geológicas não permanentes. Gêiseres são geralmente associados a áreas vulcânicas. Conforme a água ferve, a pressão resultante força uma coluna superaquecida de vapor e água para a superfície através do encanamento interno do gêiser. A formação de gêiseres requer especificamente a combinação de três condições geológicas que geralmente são encontradas em terreno vulcânico: calor intenso, água e um sistema de encanamento.

O calor necessário para a formação do gêiser vem do magma que precisa estar próximo à superfície da terra. Para que a água aquecida forme um gêiser, é necessário um sistema de encanamento feito de fraturas , fissuras , espaços porosos e, às vezes, cavidades. Isso inclui um reservatório para reter a água enquanto ela está sendo aquecida. Gêiseres geralmente são alinhados ao longo das falhas .

Erupções

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Strokkur geyser em erupção (sentido horário do canto superior esquerdo)
  1. O vapor sobe da água aquecida
  2. Pulsos de água incham para cima
  3. A superfície está quebrada
  4. A água ejetada jorra para cima e cai de volta para o cano

A atividade do geyser, como toda atividade de fonte termal, é causada pela água da superfície que gradualmente escoa pelo solo até encontrar a rocha aquecida pelo magma . Em fontes termais não eruptivas, a água aquecida geotermicamente sobe de volta à superfície por convecção através de rochas porosas e fraturadas, enquanto nos gêiseres, a água é explosivamente forçada para cima pela alta pressão criada quando a água ferve abaixo. Gêiseres também diferem de fontes termais não eruptivas em sua estrutura subterrânea; muitos consistem em uma pequena abertura na superfície conectada a um ou mais tubos estreitos que conduzem a reservatórios subterrâneos de água e rochas à prova de pressão.

À medida que o gêiser se enche, a água no topo da coluna esfria, mas por causa da estreiteza do canal, o resfriamento convectivo da água no reservatório é impossível. A água mais fria acima pressiona a água mais quente abaixo, não muito diferente da tampa de uma panela de pressão , permitindo que a água no reservatório se torne superaquecida , ou seja, permaneça líquida em temperaturas bem acima do ponto de ebulição da pressão padrão.

Em última análise, as temperaturas perto da parte inferior do gêiser aumentam até um ponto em que começa a ebulição, o que força as bolhas de vapor a subirem até o topo da coluna. À medida que estouram pela abertura do gêiser, parte da água transborda ou respinga, reduzindo o peso da coluna e, portanto, a pressão na água abaixo. Com essa liberação de pressão, a água superaquecida se transforma em vapor , fervendo violentamente em toda a coluna. A espuma resultante do vapor em expansão e da água quente é expelida pela abertura do gêiser.

Um requisito fundamental que permite que um gêiser entre em erupção é um material chamado geyserite encontrado em rochas próximas ao gêiser. Geyserite - principalmente dióxido de silício (SiO 2 ), é dissolvido das rochas e fica depositado nas paredes do sistema de encanamento do gêiser e na superfície. Os depósitos tornam os canais que transportam a água até a superfície herméticos. Isso permite que a pressão seja carregada até o topo e não vaze para o cascalho solto ou solo que normalmente está sob os campos de gêiser.

Eventualmente, a água remanescente no gêiser esfria de volta abaixo do ponto de ebulição e a erupção termina; a água subterrânea aquecida começa a vazar de volta para o reservatório, e todo o ciclo começa novamente. A duração das erupções e o tempo entre as erupções sucessivas variam muito de gêiser para gêiser; Strokkur na Islândia entra em erupção por alguns segundos a cada poucos minutos, enquanto o Grand Geyser nos Estados Unidos entra em erupção por até 10 minutos a cada 8–12 horas.

Categorização geral

Existem dois tipos de gêiseres: gêiseres de fonte que irrompem de poças de água, normalmente em uma série de explosões intensas, até violentas; e gêiseres de cone que irrompem de cones ou montes de sinter silicioso (incluindo géiserita ), geralmente em jatos constantes que duram de alguns segundos a vários minutos. Old Faithful , talvez o gêiser mais conhecido do Parque Nacional de Yellowstone, é um exemplo de gêiser de cone. Grand Geyser , o gêiser previsível mais alto da terra (embora o Geysir na Islândia seja mais alto, não é previsível), também no Parque Nacional de Yellowstone, é um exemplo de um gêiser de fonte.

Geyser irrompe e sopra lateralmente de uma piscina.
Um alto gêiser de água irrompe da terra com vegetação esparsa.
O géiser de fonte em erupção da piscina (à esquerda) e o géiser Old Faithful ( gêiser de cone com um monte de sinter de silício) no Parque Nacional de Yellowstone entram em erupção aproximadamente a cada 91 minutos (à direita).

Existem muitas áreas vulcânicas no mundo que têm fontes termais , potes de lama e fumarolas , mas muito poucas têm gêiseres em erupção. A principal razão para sua raridade é porque múltiplas forças transitórias intensas devem ocorrer simultaneamente para que um gêiser exista. Por exemplo, mesmo quando existem outras condições necessárias, se a estrutura da rocha estiver solta, as erupções irão erodir os canais e destruir rapidamente quaisquer gêiseres nascentes.

Como resultado, a maioria dos gêiseres se forma em locais onde há rocha riolita vulcânica que se dissolve em água quente e forma depósitos minerais chamados sinter silicioso, ou geyserita, ao longo do interior dos sistemas de encanamento que são muito delgados. Com o tempo, esses depósitos fortalecem as paredes do canal, cimentando a rocha firmemente, permitindo assim que o gêiser persista.

Gêiseres são fenômenos frágeis e se as condições mudarem, eles podem ficar dormentes ou extintos. Muitos foram destruídos simplesmente por pessoas jogando detritos neles, enquanto outros pararam de entrar em erupção devido ao desaguamento por usinas geotérmicas . No entanto, o Geysir na Islândia teve períodos de atividade e dormência. Durante seus longos períodos de dormência, as erupções às vezes eram induzidas artificialmente - muitas vezes em ocasiões especiais - pela adição de sabonetes surfactantes à água.

Biologia

Piscina azul surreal cercada por uma borda laranja em um fundo roxo.
Os hipertermófilos produzem algumas das cores brilhantes de Grand Prismatic Spring , Parque Nacional de Yellowstone

As cores específicas dos gêiseres derivam do fato de que, apesar das condições aparentemente adversas, a vida é freqüentemente encontrada neles (e também em outros habitats quentes ) na forma de procariotos termofílicos . Nenhum eucarioto conhecido pode sobreviver acima de 60  ° C (140  ° F ).

Na década de 1960, quando a pesquisa da biologia dos gêiseres apareceu pela primeira vez, os cientistas geralmente estavam convencidos de que nenhuma vida pode sobreviver acima de 73 ° C no máximo (163 ° F) - o limite superior para a sobrevivência das cianobactérias , como a estrutura principal proteínas celulares e ácido desoxirribonucléico (DNA) seriam destruídos. A temperatura ideal para bactérias termofílicas foi colocada ainda mais baixa, em torno de 55 ° C em média (131 ° F).

No entanto, as observações provaram que é realmente possível existir vida em altas temperaturas e que algumas bactérias até preferem temperaturas mais altas do que o ponto de ebulição da água . Dezenas dessas bactérias são conhecidas. Os termófilos preferem temperaturas de 50 a 70 ° C (122 a 158 ° F), enquanto os hipertermófilos crescem melhor em temperaturas de até 80 a 110 ° C (176 a 230 ° F). Por possuírem enzimas termoestáveis ​​que retêm sua atividade mesmo em altas temperaturas, têm sido utilizadas como fonte de ferramentas termoestáveis , importantes na medicina e na biotecnologia , por exemplo, na fabricação de antibióticos , plásticos , detergentes (pelo uso do calor - enzimas estáveis lipases , pululanases e proteases ) e produtos de fermentação (por exemplo, etanol é produzido). Entre estes, o primeiro descoberto e o mais importante para a biotecnologia é o Thermus aquaticus .

Principais campos de gêiser e sua distribuição

Mapa mostrando que as localizações dos gêiseres tendem a se agrupar em áreas específicas do mundo.
Distribuição dos principais gêiseres do mundo.

Gêiseres são bastante raros, exigindo uma combinação de água , calor e encanamento fortuito . A combinação existe em poucos lugares na Terra.

Parque Nacional de Yellowstone, EUA

Yellowstone é a maior localidade de gêiseres, contendo milhares de fontes termais e aproximadamente 300 a 500 gêiseres. É o lar de metade do número total de gêiseres do mundo em suas nove bacias de gêiseres. Está localizada principalmente em Wyoming , EUA, com pequenas porções em Montana e Idaho . Yellowstone inclui o gêiser ativo mais alto do mundo ( Steamboat Geyser em Norris Geyser Basin ).

Valley of Geysers, Rússia

O Vale dos Gêiseres (em russo : Долина гейзеров ), localizado na Península de Kamchatka, na Rússia, é o único campo de gêiseres da Eurásia e a segunda maior concentração de gêiseres do mundo. A área foi descoberta e explorada por Tatyana Ustinova em 1941. Aproximadamente 200 gêiseres existem na área, juntamente com muitas nascentes de água quente e spouters perpétuos. A área foi formada devido a uma vigorosa atividade vulcânica . A forma peculiar de erupções é uma característica importante desses gêiseres. A maioria dos gêiseres irrompe em ângulos, e apenas muito poucos têm os cones de gêiseres que existem em muitos outros campos de gêiseres do mundo. Em 3 de junho de 2007, um grande fluxo de lama influenciou dois terços do vale. Foi então relatado que um lago termal estava se formando acima do vale. Poucos dias depois, observou-se que as águas recuaram um pouco, expondo algumas das características submersas. Velikan Geyser , um dos maiores do campo, não foi enterrado no escorregador e recentemente foi observado que está ativo.

El Tatio, Chile

Um gêiser borbulhando no campo de gêiseres El Tatio

O nome "El Tatio" vem da palavra quíchua para forno . El Tatio está localizado nos altos vales dos Andes, cercado por muitos vulcões ativos no Chile , América do Sul, a cerca de 4.200 metros (13.800 pés) acima do nível médio do mar. O vale é o lar de aproximadamente 80 gêiseres atualmente. Tornou-se o maior campo de gêiseres do hemisfério sul após a destruição de muitos dos gêiseres da Nova Zelândia (veja abaixo) e é o terceiro maior campo de gêiseres do mundo. A característica saliente desses gêiseres é que a altura de suas erupções é muito baixa, a mais alta tendo apenas seis metros (20 pés) de altura, mas com colunas de vapor que podem ter mais de 20 metros (66 pés) de altura. A altura média da erupção do gêiser em El Tatio é de cerca de 750 milímetros (30 polegadas).

Zona Vulcânica de Taupo, Nova Zelândia

A Zona Vulcânica de Taupo está localizada na Ilha do Norte da Nova Zelândia . Tem 350 quilômetros (217 milhas) de comprimento por 50 km de largura (31 milhas) e fica sobre uma zona de subducção na crosta terrestre. O Monte Ruapehu marca sua extremidade sudoeste, enquanto o vulcão submarino Whakatane (85 km além da Ilha Branca ) é considerado seu limite nordeste. Muitos gêiseres nesta zona foram destruídos devido a desenvolvimentos geotérmicos e um reservatório hidrelétrico, mas várias dezenas de gêiseres ainda existem. No início do século 20, o maior gêiser já conhecido, o Waimangu Geyser existia nesta zona. A erupção começou em 1900 e irrompeu periodicamente por quatro anos, até que um deslizamento de terra mudou o lençol freático local . Erupções de Waimangu atingiriam tipicamente 160 metros (520 pés) e algumas superbursts são conhecidas por terem alcançado 500 metros (1.600 pés). Trabalhos científicos recentes indicam que a crosta terrestre abaixo da zona pode ter apenas cinco quilômetros (3,1 mi) de espessura. Abaixo disso está uma película de magma com 50 quilômetros (30 milhas) de largura e 160 quilômetros (100 milhas) de comprimento.

Islândia

Devido à alta taxa de atividade vulcânica na Islândia, é o lar de alguns gêiseres famosos do mundo. Existem cerca de 20–29 gêiseres ativos no país, bem como vários gêiseres anteriormente ativos. Os gêiseres islandeses estão distribuídos na zona que se estende de sudoeste a nordeste, ao longo da fronteira entre a placa euro - asiática e a placa norte-americana . A maioria dos gêiseres islandeses tem vida relativamente curta, também é característico que muitos gêiseres aqui sejam reativados ou recém-criados após terremotos, tornando-se dormentes ou extintos após alguns anos ou algumas décadas.

Os dois gêiseres mais proeminentes da Islândia estão localizados em Haukadalur . O Grande Geysir , que entrou em erupção no século 14, deu origem à palavra gêiser . Em 1896, Geysir estava quase adormecido antes que um terremoto naquele ano causasse o início das erupções, ocorrendo várias vezes ao dia, mas em 1916 as erupções praticamente cessaram. Ao longo de grande parte do século 20, erupções aconteceram de vez em quando, geralmente após terremotos. Algumas melhorias feitas pelo homem foram feitas na primavera e erupções foram forçadas com sabão em ocasiões especiais. Os terremotos em junho de 2000 posteriormente despertaram o gigante por um tempo, mas atualmente não está em erupção regularmente. O gêiser Strokkur próximo entra em erupção a cada 5-8 minutos a uma altura de cerca de 30 metros (98 pés).

Sabe-se que os gêiseres existiram em pelo menos uma dúzia de outras áreas da ilha. Alguns antigos gêiseres desenvolveram fazendas históricas, que se beneficiavam do uso da água quente desde os tempos medievais.

Campos de gêiseres extintos e dormentes

Costumava haver dois grandes campos de gêiseres em Nevada - Beowawe e Steamboat Springs - mas eles foram destruídos pela instalação de usinas geotérmicas próximas. Nas usinas, a perfuração geotérmica reduziu o calor disponível e baixou o lençol freático local a tal ponto que a atividade do gêiser não pôde mais ser sustentada.

Muitos dos gêiseres da Nova Zelândia foram destruídos por humanos no século passado. Vários gêiseres da Nova Zelândia também se tornaram dormentes ou extintos por meios naturais. O principal campo restante é Whakarewarewa em Rotorua . Dois terços dos gêiseres em Orakei Korako foram inundados pela barragem hidrelétrica Ohakuri em 1961. O campo Wairakei foi perdido para uma usina geotérmica em 1958. O campo Taupo Spa foi perdido quando o nível do rio Waikato foi deliberadamente alterado na década de 1950. O campo Rotomahana foi destruído pela erupção do Monte Tarawera em 1886.

Gêiseres erroneamente nomeados

Existem vários outros tipos de gêiseres que são de natureza diferente em comparação com os gêiseres normais movidos a vapor. Esses gêiseres diferem não apenas em seu estilo de erupção, mas também na causa que os faz irromper.

Gêiseres artificiais

Em uma série de lugares onde há atividade geotérmica, poços foram perfurados e equipados com caixilhos impermeáveis ​​que permitem que eles explodam como gêiseres. As aberturas de tais gêiseres são artificiais, mas são utilizadas em sistemas hidrotérmicos naturais. Esses chamados gêiseres artificiais , tecnicamente conhecidos como poços geotérmicos em erupção , não são verdadeiros gêiseres. Little Old Faithful Geyser, em Calistoga, Califórnia , é um exemplo. O gêiser emerge do revestimento de um poço perfurado no final do século XIX. De acordo com o Dr. John Rinehart em seu livro A Guide to Geyser Gazing (1976 p. 49), um homem perfurou o gêiser em busca de água. Ele tinha "simplesmente aberto um gêiser morto".

Spouter perpétuo

Esta é uma fonte termal natural que jorra água constantemente, sem parar para recarregar. Alguns deles são chamados incorretamente de gêiseres, mas por não serem de natureza periódica, não são considerados verdadeiros gêiseres.

Comercialização

Os espectadores observam a erupção de um gêiser próximo.
O gêiser Strokkur na Islândia - um ponto turístico.

Os gêiseres são usados ​​para várias atividades, como geração de eletricidade , aquecimento e turismo . Muitas reservas geotérmicas são encontradas em todo o mundo. Os campos de gêiser na Islândia são alguns dos locais de gêiser comercialmente mais viáveis ​​do mundo. Desde a década de 1920, a água quente proveniente dos gêiseres tem sido usada para aquecer estufas e cultivar alimentos que, de outra forma, não poderiam ser cultivados no clima inóspito da Islândia. O vapor e a água quente dos gêiseres também são usados ​​para aquecimento de casas desde 1943 na Islândia. Em 1979, o Departamento de Energia dos Estados Unidos (DOE) promoveu ativamente o desenvolvimento de energia geotérmica na "Área de Recursos Geotérmicos Conhecidos de Geysers-Calistoga" (KGRA) perto de Calistoga, Califórnia, por meio de uma variedade de programas de pesquisa e do Programa de Garantia de Empréstimo Geotérmico. O Departamento é obrigado por lei a avaliar os potenciais impactos ambientais do desenvolvimento geotérmico.

Criogeiros

Existem muitos corpos no Sistema Solar onde erupções semelhantes a jato, freqüentemente chamadas de criogenia ( crio significa "frio glacial"), foram observadas ou acredita-se que ocorram. Apesar do nome e ao contrário dos gêiseres da Terra , eles representam erupções de voláteis , juntamente com poeira ou partículas de gelo arrastadas , sem líquido. Não há evidências de que os processos físicos envolvidos sejam semelhantes aos gêiseres. Essas plumas poderiam se assemelhar mais a fumarolas .

  • Encélado
Plumas de vapor d'água, junto com partículas de gelo e menores quantidades de outros componentes (como dióxido de carbono , nitrogênio , amônia , hidrocarbonetos e silicatos ), foram observadas em erupção de aberturas associadas às " listras de tigre " na região polar sul de Saturno a lua Enceladus pelo orbitador Cassini . O mecanismo pelo qual as plumas são geradas permanece incerto, mas acredita-se que sejam alimentadas pelo menos em parte pelo aquecimento das marés resultante da excentricidade orbital devido a uma ressonância orbital de movimento médio 2: 1 com a lua Dione .
  • Europa
Em dezembro de 2013, o Telescópio Espacial Hubble detectou plumas de vapor d'água acima da região polar sul da Europa , uma das luas galileanas de Júpiter . Acredita-se que as linhagens de Europa possam estar liberando esse vapor d'água para o espaço, causado por processos semelhantes também ocorrendo em Enceladus.
  • Marte
Acredita-se que jatos semelhantes de dióxido de carbono gasoso acionados por aquecimento solar surjam da calota polar sul de Marte a cada primavera. Embora essas erupções ainda não tenham sido observadas diretamente, elas deixam evidências na forma de manchas escuras e leques mais claros no topo do gelo seco , representando areia e poeira carregadas pelas erupções, e um padrão semelhante a uma aranha de ranhuras criadas abaixo do gelo por o gás que sai correndo.
  • Tritão
Uma das grandes surpresas da passagem da Voyager 2 por Netuno em 1989 foi a descoberta de erupções em sua lua Tritão . Os astrônomos notaram plumas escuras subindo a cerca de 8 km acima da superfície e depositando material até 150 km a favor do vento. Essas plumas representam jatos invisíveis de nitrogênio gasoso, juntamente com poeira. Todos os gêiseres observados estavam localizados próximos ao ponto subsolar de Tritão , indicando que o aquecimento solar impulsiona as erupções. Pensa-se que a superfície do Tritão provavelmente consiste em uma camada semitransparente de nitrogênio congelado cobrindo um substrato mais escuro, o que cria uma espécie de " efeito estufa sólido ", aquecendo e vaporizando o nitrogênio abaixo da superfície do gelo até que a pressão rompa a superfície no início de uma erupção. As imagens da Voyager do hemisfério sul de Tritão mostram muitos riscos de material escuro depositados pela atividade dos gêiseres.
Estrias escuras depositadas por gêiseres em Tritão
Jets pensado para ser gêiseres em erupção de Enceladus " subsuperfície
O modelo Cold Geyser - uma explicação proposta para o crio-vulcanismo

Veja também

Notas

Referências

links externos