Les geysers sont des objets qui crachent de l'eau liquide et de la vapeur à leur point d'ébullition. Par définition, ce que nous appelons les geysers éclatent périodiquement (c'est-à-dire régulièrement) ou épisodiquement, ce qui signifie que les intervalles de temps entre les éruptions ne sont pas toujours les mêmes. Il existe de nombreuses autres façons de classer les geysers. Il y a des geysers grands et petits, et il y a des geysers froids qui crachent un mélange d'eau liquide et de dioxyde de carbone. En général, les geysers ne sont pas très courants. Une fois dans le monde entier, il y en avait environ un millier, mais maintenant il y en a environ cinq cents. Ils disparaissent car les zones où se trouvent les geysers disposent de ressources géothermiques. L'énergie géothermique est de plus en plus utilisée en raison du changement climatique. Il suffit de commencer à extraire des liquides pour alimenter l'installation géothermique,comment les geysers commencent à perdre leur source d'énergie et d'eau. Si vous continuez ce processus assez longtemps, tous les geysers peuvent disparaître.
L'importance d'étudier les geysers
L'étude des geysers est importante pour trois raisons. Premièrement, les geysers sont des modèles d'éruptions volcaniques. Nous nous intéressons à la manière dont ils éclatent, à ce qui provoque cette éruption, à la manière dont le liquide remonte à la surface, à la manière dont il est transporté dans l'atmosphère. Les volcans sont grands et dangereux, mais ils n'éclatent pas très souvent. Les geysers sont petits et moins dangereux et éclatent plusieurs fois. L'une des choses que nous voulons étudier à partir de l'étude des geysers est de savoir comment comprendre et simuler le processus d'éruption. Nous pouvons également tester une gamme d'instruments géophysiques sur des geysers. On peut utiliser un sismomètre pour mesurer le mouvement de la terre, on peut mesurer les champs électriques et magnétiques, on peut enregistrer des vidéos, et on peut aussi essayer de combiner tous ces types de mesures pour comprendrece qui se passe pendant l'éruption. Et puis nous pouvons essayer de transférer nos découvertes de petits geysers vers de grands volcans.
La deuxième raison pour laquelle nous nous intéressons aux geysers est qu'ils nous permettent de comprendre comment la Terre transporte l'eau. Il y a des choses appelées systèmes géothermiques que nous utilisons pour l'énergie géothermique. Les systèmes géothermiques produisent des matériaux comme les gisements d'or. En transportant des liquides, nous pouvons transporter tous les éléments qui y sont dissous. L'étude des geysers nous donne l'occasion de voir comment la terre transporte un mélange de vapeur et d'eau.
Et la troisième raison est que les geysers sont un phénomène intéressant et fascinant. Si nous comprenons comment la Terre transporte les fluides et l'énergie, nous devons être en mesure d'expliquer le fonctionnement des geysers. Et la mesure dans laquelle nous ne parvenons pas à le faire maintenant nous indique qu'il y a des choses de base sur le transfert de chaleur de la Terre que nous ne savons toujours pas.
Parc national de Yellowstone / Photo: unsplash.com
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Début de la recherche sur les geysers
La première recherche scientifique moderne sur les geysers a été réalisée par Robert Bunsen - il est surtout connu comme l'inventeur du bec Bunsen. Le bec Bunsen est le petit brûleur que vous voyez dans votre classe. Sa découverte a conduit à l'invention de la spectroscopie. En 1841, il publie un article sur les mesures prises à l'intérieur d'un geyser en Islande. Ces mesures sont toujours d'actualité.
L'une des principales questions qu'il a posées était "Pourquoi le geyser est-il en éruption?" Plusieurs méthodes d'éruption peuvent être imaginées: elle peut commencer à la fois au sommet du geyser et à sa base. Bunsen a fait des mesures alors qu'il s'enfonçait de plus en plus bas dans le geyser, mesurant divers points d'ébullition. Cela a dû être difficile en 1841. Néanmoins, il a effectué ces mesures dans le geyser Geysir, d'où tous les autres geysers tirent leur nom. Il s'avère qu'il existe un véritable objet en Islande appelé Geysir, et tous les autres geysers portent son nom.
Bunsen a constaté que plus on descend, plus la température de l'eau est élevée. C'est aussi une propriété importante de l'eau bouillante: si la pression augmente, le point d'ébullition baisse. Ainsi, si vous prenez de l'eau à une certaine température à de grandes profondeurs et que vous la soulevez plus haut à la surface, la pression diminuera. Plus on avance, plus la pression est élevée. Et l'inverse sera également vrai: si nous passons du plus profond au moins profond, le point d'ébullition diminue.
Nous commençons donc avec de l'eau chaude, la déplaçons dans une zone de basse pression, l'eau commence à bouillir et une éruption se produit. Et si nous continuons à pomper de l'eau hors du geyser, tout le reste de l'eau tombe sous l'influence de la basse pression, et l'éruption continue. Vraisemblablement, cela continuera jusqu'à ce que l'eau soit épuisée. Ensuite, nous remplissons le geyser et le chauffons. Dans d'autres domaines scientifiques, cela s'appelle l'ébullition par décompression. En général, c'est la principale façon dont la Terre produit des roches volcaniques. Nous prenons la roche, la transférons dans la zone de basse pression - elle fond. Peut-être que les geysers fonctionnent de la même manière. Bunsen a proposé cette théorie en 1841.
La naissance de nouveaux geysers
En principe, dans une zone où de nombreux geysers existent déjà, de nouveaux objets devraient apparaître. De plus, ils doivent apparaître car certains d'entre eux meurent. En fait, on ne comprend pas tout à fait ce qui contribue à l'émergence d'un nouveau geyser. Il y a des suggestions qu'ils apparaissent à la suite d'une explosion. Si la vapeur et l'eau s'accumulent sous terre, une explosion peut être créée, appelée explosion hydrothermale. Cela se produit dans des endroits comme Yellowstone. L'importance de l'explosion est qu'elle crée un trou ou une cavité, ce qui est nécessaire pour que le geyser accumule de l'eau et de la vapeur.
Néanmoins, les scientifiques parviennent à créer des geysers dans les laboratoires sans faire de grandes dépressions. De plus, les scientifiques créent des geysers dans les laboratoires depuis plus de cent ans. La méthode est assez simple: il suffit pour cela de la chaleur et de l'eau. Les scientifiques prennent un récipient d'eau, le réchauffent par le bas - finalement l'eau bout. L'eau bouillante traverse le geyser et une éruption se produit. Lorsque la vapeur ou la chaleur se termine, l'éruption s'arrête.
La justification de l'étude des geysers en laboratoire est de comprendre comment différentes variables affectent une éruption. Il y a de nombreuses variables à prendre en compte: quelle est la taille de la plage de chauffage, quelle est la géométrie, etc. Cela donne un aperçu de la manière dont la chaleur et la masse sont transportées dans un système chaud. Ainsi, des expériences en laboratoire peuvent être utilisées pour mieux comprendre les geysers naturels.
Conséquences du réchauffement climatique
Il n'y a que quelques endroits sur Terre où vous pouvez trouver des geysers. Il y a le parc national de Yellowstone, où se trouvent environ la moitié de tous les geysers, la vallée des geysers au Kamtchatka, la vallée des geysers El Tatio au Chili, plusieurs sont en Nouvelle-Zélande, quelques-uns en Afrique et quelques autres en Islande. Ils ont tous trois caractéristiques.
Vallée des geysers El Tatio, Chili / Photo: pixabay.com
Le premier est l'activité volcanique récente. Ceci est important car les geysers ont besoin de chaleur. S'il n'y a pas de chaleur que les jeunes volcans fournissent, il est difficile pour les geysers d'apparaître. Deuxièmement, la plupart de ces zones ont été récemment couvertes de glaciers. Ils auraient pu contribuer à la création du bon type de matériaux nécessaires pour alimenter les geysers. L'eau est également nécessaire - c'est la troisième caractéristique. La plupart des lieux nommés ont accès à un grand volume d'eau, à l'exception du Chili, où des geysers se trouvent dans le désert d'Atacama. Là, l'eau, très probablement, provient d'un aquifère souterrain profond (aquifère) et crée des geysers.
Par conséquent, l'idée que le réchauffement climatique peut affecter les geysers doit paraître étrange. Mais ce n'est pas le cas pour deux raisons. Le premier fait référence au fait que les geysers ont besoin d'eau, son absence les affectera. La seconde est que le fait qu'il y ait si peu de geysers suggère qu'ils sont sensibles à leur environnement. Dans des conditions plus froides, il faut plus de temps pour réchauffer le geyser. Cela fait des geysers froids un objet d'étude intéressant.
Un bassin de geyser a généralement un réservoir d'eau à la surface. Des geysers éclatent à travers ce bassin, qui est très sensible aux changements de température de l'air. Dans le parc de Yellowstone, il y a Daisy Geyser, qui éclate moins fréquemment en hiver qu'en été. Il est également sensible au vent: si un vent fort souffle, la piscine se refroidit et met plus de temps à éclater. Ainsi, on peut supposer que plus la Terre devient chaude, plus les éruptions devraient se produire.
Recherche au Chili
Des recherches sur les geysers sont menées dans le monde entier, mais de nombreuses questions sérieuses nécessitent des mesures à l'intérieur du geyser. Dans les parcs nationaux américains, les scientifiques ne sont pas autorisés à mener des recherches à l'intérieur ou même à proximité des geysers: il y a toujours la possibilité d'endommager ou d'affecter le geyser, et le but des parcs nationaux est de protéger et de préserver l'environnement pour que tout le monde puisse en profiter.
Presque tous les geysers sont des parcs nationaux, donc les scientifiques ont conclu un accord avec les communautés locales pour étudier les geysers au Chili. Ils étaient autorisés à prendre certaines mesures non destructrices de geysers tant qu'ils n'endommageaient pas les geysers. Cet accord permet aux chercheurs de mesurer la température et la pression à l'intérieur du geyser, ainsi que d'échantillonner et de surveiller les liquides plus en détail que ce qui serait possible ailleurs.
Le Chili possède plusieurs geysers particulièrement intéressants. Le geyser El Jefe, qui s'appelle "Boss" en espagnol, est très beau: il est de très petite taille, et ses éruptions atteignent une hauteur de quelques mètres, un peu plus qu'une taille d'homme. En raison de sa petite taille, il est facile à étudier. De plus, c'est l'un des geysers les plus réguliers au monde. Il éclate toutes les 140 secondes, plus ou moins 1 seconde. Peu importe pour lui la température de l'air, +20 ou -10 ° C, peu importe si le vent souffle. En raison de sa régularité, nous pouvons expérimenter dessus. Nous pouvons prendre des mesures de l'intérieur ou ajouter de l'eau froide pour étudier le temps qu'il lui faudra pour récupérer. Tout cela en fait un exemple parfait de système que nous pouvons utiliser comme modèle pour comprendre les processus de base.
Découvertes récentes
Il y a des découvertes particulièrement frappantes. Une chose identifie et confirme qu'il y a de grandes encoches à proximité des geysers, parfois appelées "pièges à bulles", ce qui est une démonstration très claire de ce principe: on peut voir des bulles monter dans l'eau bouillante, elles se coincent dans cette encoche, et comment seul un couple en devient suffisant, une éruption commence. Ces pièges sont généralement reconnus par le son des bulles. Le son voyage à travers le sol et peut être enregistré avec un sismomètre. De plus, des caméras vidéo ont été placées à l'intérieur des geysers et l'apparition de bulles a été enregistrée sur vidéo. La question est maintenant seulement de savoir si ce comportement est typique de tous les geysers ou seulement de ceux bien étudiés.
L'importance d'une autre observation est que nous sommes maintenant en mesure de mesurer la vitesse de déplacement de l'eau à l'intérieur du geyser. Sur cette base, nous pouvons dire qu'ils éclatent très probablement à la vitesse du son. Et nous pouvons réellement mesurer et tester cette hypothèse. Il est maintenant important de comprendre si ces découvertes sont universelles ou spécifiques aux geysers particuliers étudiés. Et cela nous amène à beaucoup de questions ouvertes qui n'ont toujours pas de réponse.
Parc national de Yellowstone / Photo: unsplash.com
Questions ouvertes
Il reste quelques questions fondamentales auxquelles il n’a pas encore répondu. Pourquoi les geysers existent-ils? Pourquoi ne deviennent-ils pas simplement des sources chaudes? L'éruption commence-t-elle au sommet du geyser ou quelque chose d'important se passe-t-il à de grandes profondeurs? Y a-t-il quelque chose de spécial sous la surface de la terre qui conduit à la formation de geysers? De petites éruptions se produisent généralement avant l'éruption principale. Nous voulons comprendre si ces éruptions préparent les éruptions principales ou sont-elles simplement des éruptions plus faibles. Nous voulons également savoir combien de masse et d'énergie les geysers transfèrent à la surface, comment et pourquoi ils explosent sous l'influence d'une influence extérieure.
Qu'est-ce que tout cela signifie? Il y a des marées sur Terre, elles déforment la Terre, et cela peut provoquer une éruption. Les changements dans la nature peuvent affecter les éruptions, et les tremblements de terre récents peuvent également avoir un impact. Par conséquent, nous voulons savoir comment tout cela affecte exactement les geysers et leurs fonctionnalités. Nous voulons également savoir à quelle vitesse le matériau explose. Dans nos modèles d'exploration des volcans, nous supposons que cela se produit à la vitesse du son, mais dans les geysers, nous pouvons tester ce modèle. Étant donné la quantité d'informations recueillies à partir de mesures récentes, il y a de fortes chances que plusieurs de ces questions obtiennent une réponse.
Michael Manga