mini|Geysir Strokkur auf Island Ein Geysir [], auch Geiser [] genannt, ist eine heiße Quelle, die ihr Wasser in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen als Fontäne ausstößt. Einen solchen Ausbruch bezeichnet man als Eruption. Namengebend für Geysire ist der Große Geysir auf Island.
Etymologie Die Bezeichnung Geysir (Geiser) wurde im 19. Jahrhundert aus dem isländischen geysir (Name der vorhin erwähnten heißen Springquelle, dann als Appellativ verallgemeinert für alle derartigen Phänomene) entlehnt. Es handelt sich um ein Nomen Agentis zum schwachen Verb geysa „in heftige Bewegung versetzen, hervorstürmen, -stürzen“, das wiederum das Frequentativum des Verbs gjósa „hervorbrechen, -sprudeln, -stürzen“ ist.Friedrich Kluge, Elmar Seebold: Etymologisches Wörterbuch der deutschen Sprache. 24. Auflage. De Gruyter, Berlin 2002, ISBN 3-11-017473-1, S. 356.
Ähnliche Erscheinungen Weitere postvulkanische oder mit Thermalquellen in Zusammenhang stehende Erscheinungen: Schlammvulkan Fumarole Mofette Schwarze Raucher Solfatare Siedeverzug
Vorkommen mini|Vorkommen von Geysiren Geysire erfordern eine spezielle Kombination von geologischen und klimatischen Bedingungen, die nur an wenigen Orten großflächig bestehen. Geysire sind von drei Faktoren abhängig: einer Wasserversorgung in Form eines Grundwasserleiters, einer Wärmequelle (eine Plume oder Superplume) und mindestens einem Reservoir mit einer Verengung zum zugehörigen Leitungssystem.
Es existieren sechs Geysirfelder größeren Ausmaßes: Yellowstone-Nationalpark (Wyoming) (ca. 300 aktive Geysire) Dolina Geiserow (das Tal der Geysire), Kronozki Nationales Biosphärenreservat Kamtschatka (Russland) (ca. 200 aktive Geysire; Bestand durch einen Erdrutsch am 3. Juni 2007 mit Bildung eines Stausees gefährdet) Nordinsel (Neuseeland) (51 aktive Geysire) El Tatio, Antofagasta (Chile) (38 aktive Geysire, 46 insgesamt in Chile) Haukadalur (Island) (26 aktive Geysire auf ganz Island) Umnak Island (Alaska) (8 aktive Geysire)
In den USA existieren vereinzelt Geysire wie in Nevada, Kalifornien, Oregon und Alaska.
Über eine nennenswerte Anzahl verfügen Papua-Neuguinea (16 aktive Geysire), Neubritannien (16), Narage (1), Lihir- und Ambitle-Inseln (9), Deidei- und Iamelele-Inseln (12) sowie Indonesien mit 8 aktiven Geysiren auf Sumatra, 4 auf Java, 3 auf Celebes und einem aktiven auf der Insel Bacan.
Daneben existieren Geysire noch in Peru (10), Volksrepublik China (10), Mexiko (9), auf den Fidschiinseln (5), Japan (4), Kenia (4), Äthiopien (2), Bolivien (2) und Myanmar (1).
Über 300 aktive Geysire, etwa die Hälfte von allen weltweit existierenden, befinden sich im Yellowstone-Nationalpark. Dagegen gibt es in Island, im „Land der Geysire“ lediglich zwei nennenswerte Geysire: den Großen Geysir und den Strokkur. Letzterer eruptiert unregelmäßig im Abstand von wenigen Minuten und manchmal auch bis zu dreimal kurz hintereinander. Der Große Geysir, der nach einem Erdbeben gegen Ende des 13. Jahrhunderts erstmals in schriftlichen Quellen beschrieben wurde, brach dagegen zuletzt um 1916 mit Wassersäulen von 70 bis 80 m Höhe aus. Nach zwei kräftigen Erdbeben im Jahr 2000 kam es allerdings wie schon früher nach Erdstößen mit mehrmonatiger Verzögerung zu einem vorübergehenden Anstieg der Aktivität mit unregelmäßigen Ausbrüchen, die allerdings mit früheren Höhen nicht vergleichbar waren und nach wenigen Jahren auch wieder völlig zum Erliegen kamen.
Die Zahl der aktiven Geysire ist mit Vorsicht zu betrachten, da Geysire sehr schnell inaktiv werden können und in selteneren Fällen inaktive Geysire zum Beispiel durch Erdbeben wieder aktiviert werden. Mehrere der oben gezählten Geysire sind außerdem in Gefahr, durch geplante Nutzung geothermischer Energie zu erlöschen oder inaktiv zu werden. Siehe: Durch Menschen zerstörte Geysire. Andererseits kann, wie im Fall des Fly Geyser, durch eine fehlerhafte Geothermie-Bohrung ein Geysir aus Menschenhand entstehen.
Weitere, recht große Geysirfelder gab es bis in die 1980er Jahre in Nevada: Beowawe und Steamboat Springs. Durch die Errichtung geothermischer Kraftwerke in der Nähe wurde die vorhandene Hitze allerdings verringert und der Wasserspiegel sank so weit, dass die Geysire nicht mehr aktiv sind.
Eigenschaften gerahmt|rechts|Funktionsweise einer heißen Quelle (links) und eines Geysirs (rechts) mini|Video zur Funktionsweise von Geysiren Das erste naturwissenschaftliche Modell für die Funktion eines Geysirs erklärte 1846 der deutsche Chemiker Robert Wilhelm Bunsen auf Grund eines leicht nachvollziehbaren Experiments, in dem ein Modell-Geysir in verkleinertem Maßstab mit beheiztem Kessel als Reservoir und einer Röhre als Kanal nachgebaut wurde und auch „eruptives Verhalten“ zeigt.
Geysire kommen in aktiven vulkanischen Gebieten vor. Sie besitzen einen Kanal in Form einer Röhre, der in ein unterirdisches Wasserreservoir mündet. Es können sich auch mehrere Wasserreservoire hintereinander befinden. Typischerweise werden Geysire über das Grundwasser gespeist. Das ausgestoßene Wasser hat eine Temperatur zwischen 90 °C und knapp über dem Siedepunkt, das Wasser im Reservoir kann auf wesentlich höhere Temperaturen überhitzt sein.
Der Eruptionskanal beziehungsweise Verengungen im Eruptionskanal spielen eine wesentliche Rolle bei den Eruptionen des Geysirs. Ist keine Verengung vorhanden bzw. ist sie zu weit, so kann der Wasserdampf ungehindert austreten (Dampfquelle) oder sofern der Dampf weit genug abkühlt und kondensiert, entsteht eine heiße Quelle. Je enger die Engstelle ist, desto stärker wird die thermische Konvektion unterbunden, und von der Höhe des Eruptionskanals hängt der Druck ab, den die Wassersäule und teilweise auch das umgebende Gestein auf das erhitzte Wasser weiter unten ausübt. Um dies zu veranschaulichen: Die Engstelle zwischen dem oberen Reservoir und dem Eruptionskanal des Old Faithful hat einen Durchmesser von etwa zehn Zentimetern. Die Engstelle befindet sich in ca. 7,5 m Tiefe über dem oberen Reservoir. Old Faithful wurde bis auf reichlich 16 m Tiefe mit einer Videokamera befahren, insofern sind die Verhältnisse bis in diese Tiefe recht gut bekannt und die Dynamik der Eruption dieses Geysirs ist recht gut erklärbar.
Die Wärme einer Magmakammer erhitzt das Grundwasser auf über 100 °C. Durch den Druck der darüber stehenden Wassersäule siedet das Wasser zunächst nicht (Siedepunktserhöhung). Bei einer Eruption geschieht im einfachsten Fall Folgendes: Erst wenn die Temperatur im Reservoir auf weit über den Siedepunkt angestiegen ist, steigen einzelne Dampfblasen durch die Engstelle im Kanal aufwärts und pressen einen Teil der Wassersäule nach oben. Dadurch sinkt unten der Druck rapide ab und das überhitzte Wasser geht schlagartig in Dampf über.
Herausgeschleudert wird eine Mischung aus kochend heißem Wasserdampf, kühlerem beziehungsweise kondensiertem Wasser und gelösten Mineralien sowie Gesteinspartikeln. Im Laufe der Jahre werden durch das heiße Wasser feine Spalten im Gestein zu Schächten aufgeweitet und im günstigsten Fall durch im Wasser vorübergehend gelöste Mineralien (z. B. Silikate) ausgekleidet und damit stabilisiert. Besteht auf dem Weg zur Oberfläche keine wirksame Verengung z. B. durch einen Übergang von einer Kammer (Reservoir) zu einer Leitung, so tritt das Wasser als heiße Quelle oder Dampfquelle zu Tage.
mini|Schema eines Geysirs nach White (Beispiel Steamboat Springs) nicht maßstabsgerecht Im Wesentlichen wird das Bunsen-Modell heute noch als zutreffend angesehen, auch wenn Bunsen meinte, dass die Verhältnisse in der Natur selbst verwickelter seien und dass statt eines senkrechten Kanals eine „gekniete Röhre“ vorhanden sein müsse, an deren höchstgelegenem unterirdischem Teil sich Dampf sammeln müsse, bis der Druck ausreicht, um das Wasser auszuschleudern. Untersuchungen am Old Faithful mit einer Temperatur-, Druck- und Kamerasonde im Jahr 1992 haben aber gezeigt, dass das Modell mit dem gerade aufsteigenden Kanal hinreichend ist (Lit.: Scott Bryan, 1995), wenn eine ausreichende Verengung vorhanden ist. Die Funktion der Verengung (engl. constriction) ist ausreichend, um Dampfblasen vorübergehend zurückzuhalten, sie ersetzt die Funktion des Rohrknies im Bunsen-Modell.
John Sargent Rinehart beschreibt (1980) sechs Geysirmodelle: Modell A: Idealerweise ein unterirdisches Reservoir (mehrere hintereinander sind in der Praxis möglich) ist mit einem langen Eruptionskanal verbunden, der oberirdisch in einem nicht getauchten Kegel mündet. Dieses Modell wird von anderen Quellen auch als düsenförmiger (cone type) Geysir beschrieben. Eruptionstyp: Ziemlich regelmäßiges Intervall, lange Eruptionen, hohe Eruptionssäule als Wasser- und Dampfstrahl. Ein typischer Vertreter dieses Modells ist der Geysir Old Faithful im Yellowstone-Nationalpark. Modell B: Tiefer, enger Eruptionskanal ohne große unterirdische Kammer, nahezu ebene Mündung des Kanals. Eruptionstyp: kurze heftige Eruptionen. Ein typischer Vertreter dieses Modells ist der Round-Geysir, Yellowstone-Nationalpark. Modell C: Ähnlich Modell A, aber kein hoher über dem Wasserspiegel mündender Kegel als Mündung des Eruptionskanals, sondern eine Düse knapp unter der Wasseroberfläche eines Teiches. Eruptionstyp ähnlich Modell A, aber kein ungestörter Wasserstrahl, sondern teilweise hoch geworfener Wasserschwall. Modell D: Ähnlich Modell C, aber in den Eruptionskanal mündet ein komplexeres System mehrerer Seitenkammern, die sich nacheinander entleeren. Eruptionstyp: Serie von Eruptionen mit unregelmäßigen kurzen Pausen, Gruppen von Ausbrüchen, Wasserschwall. Modell E: Der Eruptionskanal führt von einer größeren unterirdischen Kammer in einen Teich. Eruptionstyp: Lange, einigermaßen regelmäßige Eruptionen, die wenig heftig sind, niedrige Eruptionssäule in Form eines Wasserschwalls, kein Wasserstrahl. Modell F: Tiefer, langer Eruptionskanal, der in einem Teich mündet. Eruptionsverhalten wie Modell E.
Folgende Faktoren beeinflussen die Tätigkeit von Geysiren: Jahreszeiten und Niederschlagsmengen (mehr oder weniger intensiv), da Niederschläge teilweise in dem abgedichteten System, das ein Geysir voraussetzt, sehr lange brauchen, bis sie im Grundwasserleiter des Geysirs ankommen (dies kann über das Verhältnis der Isotope des Wasserstoffs im ausgeworfenen Wasser bestimmt werden); Luftdruck (entscheidend), da der Siedepunkt des Wassers direkt vom Luftdruck abhängig ist; Gezeitenkräfte (entscheidend), hohe Gezeitenkräfte weiten die Spalten, die den Geysir mit Grundwasser versorgen, Erdbebentätigkeit (von Geysir zu Geysir unterschiedlich und teilweise nicht direkt abhängig vom Abstand zum Epizentrum), allerdings lassen sich anhand der Tätigkeit von Geysiren Erdbeben noch nicht vorhersagen.
Auch rein äußerlich ohne Beobachtung der Eruptionstätigkeit lassen sich Geysire meist von Thermalquellen unterscheiden.
Dunkelfarbige Bakterienrasen kommen in der Regel nur in den Quelltöpfen heißer Quellen vor. Das Wasser in den Eruptionskanälen und Teichen von Geysiren ist zu heiß, um diese Matten von dunklen thermophilen Bakterien zuzulassen. Es gilt erfahrungsgemäß die Regel: Je heißer das Wasser, desto heller sind die Beläge an thermophilen Bakterien.Video: Beth Taylor in Inside Yellowstone: Hot Water Ecosystem, .wmv-Format (englisch). Heiße Quellen haben oft scharfe Kanten aus Sinter, die bei den verschiedenen Wasserständen der Quelle abgelagert werden. Sinterablagerungen an Geysiren sind eher knollenförmig als scharfkantig. Sinterbohnen, Sintereier und knollenförmiger Sinter weisen auf einen Geysir hin. Diese Formationen bilden sich bei regelmäßigen Spritzern und Schwallen von mineralisiertem Wasser.Video: Beth Taylor in Inside Yellowstone: How Do You Tell a Geyser from a Hot Spring?, .wmv-Format (englisch).
Arten von Geysiren