13
Гейзеры *), горячее ключи, минеральные источники — все это отголоски вулканической деятельности.
Гейзеры — это горячее источники, в которых через определенные промежутки времени происходит извержения кипятка. Извержение большого гейзера — очень красивое зрелище. Со взрывом и грожатом столб кипящей воды, окутанный паром, взлетает фонтаном вверх, рассыпаясь на большой высоте. Фонтан будет неокторое время, затем вода исчезает, пар рассеивает, и все успокаивает. Объчно вокруг гейзера есть бассейн, диаметром иногда в несколько метров. Земля около гейзеров былает теплая или даже горячая.
Гейзеры и горячее источники расположены в местах активной вулканической деятельности, совершенной или сравнительно недавно прекрашатся. Они встречаются на Kamчатке (около 100 гейзеров), в Ислании, в Новой Зеландии, в Северной Америке (Иеллюстонский национальный парк), в Японии, в Китае. В Ислании в долинах почти всех рек виден пар, поднимающийся от кипящих кипящей и гейзеров. Тепло горячеих источников используется там для обогрева жидиц и теплиц. На Kamчатке есть даже река, получившая название Гейзерной. В долине этой реки находится около 20 крупных и многоестров мелких гейзеров. Самый большой гейзер Kamчатки Великан выбрасывает струю воды высотой до 40 м, а пара — до несколько сот метров. Мелкие гейзеры поднимают воду всего на несколько сантиметров над землей.
Деятельность гейзеров, как правило, перiodична, но промежутки време между извержениями у разных гейзеров различны. Извержение одних гейзеров происходит как дылье
14
несколько минут, извержения других — 1—2 раза в месяц. Интервал между извержениями может быть постоянным, а может и изменяться. Довольно строгой периодичностью отличается гейзер Старый Служака (Иелюустонский национальный парк), период его извержений — от 53 до 70 минут. Струя воды Старого Служаки поднимается на высоту до 40 м. Извержения занимаются на высоту, быть неокоторое время и исчезает. Не успевает еще рассеять пар, как вылетает новый столб кипятка, за ним еще и еще. Фонтан Большого гейзера достигает высоты 30 м.
Если взглянуть в бассейн гейзера после извержения, можно увидеть, что воды в нем нет, а в дне имеется отверстие — канал, уходящий в глубину. Перед началом извержения вода поднимается по каналу, заполняется бассейн, бурлит, выплеснается, а затем взглянет фонтан кипятка. Когда извержение прекращается, вода снова уходит в трубку гейзера. Например, у Большого гейзера диаметр трубки 3 м, глубина 23 м. На поверхности земли трубка заканчивается бассейном шириной 16 м и длиной 18 м.
Внутренняя поверхность трубки и бассейна выступана оченьровным слоем кремнезема, такого твердого, что ударми молотка его не разбит. Отложения кремнезема называют гейзером. Около неокоторых гейзеров образуют конусы из гейзерита высотой от нескольких сантиметров до нескольких метров.
Как же образовалась эта удивительная гейзка? Как появилась облицовка гейзки и бассейна?
Можно предположить, что это связано с отложениями веществ, содержащих в воде. Однако вода гейзера не дает осадка; напитая в бутылку, она годами остается чистой.
И только если выпаривать воду в испарительной чашке, то по краям, там, где испарение идет быстрее, будет отлагаться кремнезем, образуется кремнISTое колюцо. В середине даже после продолжительного кипячения вода может только помутнуть.
Тепер представьте себе теплый источник, вода которого стекает по небольшому склоону. Растекаясь, вода быстро испаряется, и кремнезем оседает. Этот осадок постепенно возвращает ложке, по которым течение воды. Таким образом увеличится гейзина колодца источника, пока, наконец, не образуется гейзка и бассейн.
15
Но какие силы заставляют горячую воду быть фонтаном?
Первые обяснения работы гейзера были основаны на гипотезе существования большого подземного бассейна, лишь отчасти заполненного водой. Вода в подземном бассейне разогревается за счет внутреннего тела Земли и кипит. Образующие пары поступают в трубку, которая заполнена водой из подземных каналов. Пар из бассейна поднимается по трубке, увлекает за собой воду, находящуюся в трубке, и заставляет ее выплескивать вверх фонтаном. Однако экспериментальные исследования это не подтвердили.
Механизм действия гейзера впервые был обяснен в XIX веке Г. Бунзеном, который исследовал гейзеры в Исландии. Оказывается, подземный бассейн совсем не нужен. Трубки, созданной источником, вполне достагоно для того, чтобы произшло извержение гейзера.
Бунзен измерял температуру воды в гейзере, опуская в трубку термометр и отмещая каждый раз глубину погружения термометра. На рисунке 1 приведены полученные им результаты. Видно, что по мере продвижения в глубь трубки гейзера температура повышается. У вершины гейзера температура была 85,5°С, у основания она возросла до 126°С.
Отчего же вода в гейзере не кипит, несмотря на то, что ее температура превышает 100 градусов?
Известно, что температура кипения воды зависит от давления. При попежении давления температура кипения уменьшается, а при повышении давления — увеличивается. На вершине высокой горы вода кипит примерно при 80°С. В трубке гейзера, наоборот, температура кипения выше 100°С, потому что там давление больше атмосферного на величины давления столба воды в трубке. Этот излишек давления и не позволяет воде кипеть. Ни в одном месте трубки температура воды не достигает температуры кипения, соответствующей давлению в этом месте.
Перед извержением временами сышатся взрывы, и каждый взрыв сопровождается сильным волнением в бассейне. По-видимому, это происходит от того, что по боковым протокам (см. рис. 1) в трубку гейзера поступает горячая вода и перегретий пар. Пар, смешивая с более холодной водой в трубке, отделяет свое свое телло. может произойти испарение какого-то количество воды, тогда из-за резкого расширения пара возникает взрыв. Частые воды, перегрекая из трубки в бассейн, вызывает в нем волнение.
В промежутках между извержениями температура воды в трубке поступлено повышается, но даже перед самым извержением она нигде не достигает температуры кипения.
Как же происходит извержение?
Ключ к разгадке этого явления дают наблюдения Бунзена. Ему удалось измерить температура воды за несколько минут до извержения.
Оказалось, что температура воды несколько ниже температуры кипения в этом месте трубки. Так, действительная температура воды в 10 метрах от дна гейзера была 122°С, а температура точки кипения с учетом давления воды в этом месте — 124°С.
Мы уже говорили, что перед извержением наблюдаются взрывы, обусловленные приоком пара из подземных каналов в трубку гейзера и сопровождающиеся подняемым водяного столба. Пусть пар воды в трубку на высоте 10 м над дном и поднял воду, находившуюся на уровне A, до уровня B, расположенного двумя метрами выше (см. рис. 1). Давление в этом месте трубки уменьшается на величины давления двух метров воды, вытекшей в бассейн *).
*) Весом пара можно пренебреть, так как его плотность намного меньше плотности воды.
16
Кипения при уменьшенном давлении будет 121°С. Следовательно, настоящая температура воды на уровне A (122°С) уже превышает температуру точки кипения на один градус. Вода в трубке сразу начинает кипеть, образуется пар, который еще выше поднимает воду и застывает ее выплаваться в нагружный бассейн. Давление на нижние слоны воды еще заметнее уменшается, кипение идет все более буроно, паров образуется все больше и больше. Внезапно начинает кипеть все масса воды, находящаяся в самом нижней части трубки; тогда верхине слоны воды выбрасывают вверх с громадной скоростью, и происходит извержение гейзера.
Выброшенная вода снова падает в бассейн, охлаждается и через некоторое время начинает вливаться обратно в трубку, постепенно заполняется. Извержение кончилось. Время от времени слышится взрывы, видны воленения воды, но следующий выброс начинается только тогда, когда вода в трубке достигнет температуры, близкой к температуре кипения.
Извержение природного гейзера не могут продолжаться бесконечно. Когда трубка достигнет такой длины, что температура воды в нижних слоях из-за слишком большого давления уже не сможет до точки кипения, извержение должно прекратить. Источник тем не менее продолжает откладывать кремнеzem, и образуется красивый водоем. Глубина некоторых таких водоемов от 10 до 12 м.
Мы уже говорили, что температура воды в трубке гейзера во время «отдыха» нигде не достигает точки кипения. Следовательно, пар, произвольный взрыв и поднимающий водной столб, должен образоваться в боковых каналах, питающих трубку. Но гейзер может «работать» и без этих каналов, если несколько ниже середины его трубки есть дополнительный приatok телла. Это можно показать на действующей модели гейзера, которое нетрудно сделать самим. Общий вид установки такого искусственного гейзера показан на рисунке 2.
Нужно взять двухметровую металлическую трубку и установить ее вертикальное. В верхней части трубки следует укрепить сосуд, достаточно большой, чтобы горяча вода не разбрызгивалась, а собиралась в сосуд и могла стекать обратно в трубку. Вся конструкция должна надежно закрытена. Поскольку имеет дело с горячевой воды и паром, образуется с искусственным гейзером нужно очень осторожно. Для работы такого гейзера нужно два источника телла: один внизу, а второй немного ниже сердины трубки. В качестве источников тела можно взять большие консервные банки, наполненные горяцами угольками. В две банки надо вырезать дыру, немного меньше диаметра, чем диаметр трубки, и, нагрев банку без углей, плотно насадить ее на трубку. Если ответственное не слишком велико, а банка хорошо разогрета, то при одновременном нагревании банки и трубки банка будет прочно держаться на том месте трубки, куда ее насадили. Извержение такого гейзера》 произходит какые 5—6 минут.