Гейзеры

Гейзеры – периодически фонтанирующие источники горячей воды с паром. Схема образования гейзера. Причины появления гейзеров на поверхности Земли. История открытия, распространение и классификация гейзеров, их влияние на окружающую среду и человека.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Московский Государственный Университет

Инженерной экологии

Реферат на тему: «Гейзеры»

Выполнила: Мухиева Н.А.

Группа Н-37

Проверил: Буланов С.А.

Москва, 2011 г.

Содержание

Введение

1. Определение и сущность явления

2. Динамика

3. Причины возникновения

4. Классификация

5. Распространение

6. История открытия

7. Влияние на окружающую среду и деятельность человека

8. Влияние человека и возможности управления

9. Прогнозирование

Список литературы

Введение

Гейзеры одно из самых удивительных явлений природы. Они распространены во многих частях Земли и прекрасно дополняют живописные долины. Даже если бы из гейзера не била в воздух огромная струя воды, он все равно оставался бы одним из наиболее интересных чудес природы. Гейзер действительно представляет собой горячий источник, а горячий источник -- это уже само по себе удивительно. Вот отверстие в земле, наполненное горячей водой.Целью этого реферата является раскрытие красоты гейзеров и их пользы для человечества. На нашей планете множество прекрасных и удивительных уголков, но гейзеры поражают воображение своей мощью и одновременно неповторимостью. По сравнению с остальными географическими открытиями гейзеры стали известны сравнительно недавно и поэтому их изучение еще интересней. Наблюдение за извержением гейзера можно сравнить с извержением вулкана, с одной лишь разницей, что наблюдение за гейзером более безопасно. Долгое время возникновение и принцип извержения гейзеров были не ясны, но это не умаляет их достоинства. Хотелось бы, чтобы после прочтения данного реферата гейзеры стали интересны еще кому-нибудь и открыли бы для себя что-то новое или полезное. Выбор этой темы обусловлен тем, что о гейзерах очень мало информации (что было подтверждено в ходе подготовки реферата), т.к. каждый день мы слышим о вулканах, землетрясениях и других явлениях.

1. Определение и сущность явления

Гейзеры (исландский geysir -- хлынуть) - это периодически фонтанирующие источники горячей воды с паром. Гейзеры являются одним из проявлений поздних стадий вулканизма, распространены в областях современной вулканической деятельности. Свою известность и название они получили в Исландии, где наблюдались впервые.

Рис. 1. Гейзер.

2. Динамика

Каждый гейзер приурочен обычно к округлому отверстию или грифону. Грифоны бывают различных размеров. В глубине этот канал переходит в тектонические трещины. Весь канал заполнен перегретой подземной водой. Её температура в грифоне может быть 90-98 градусов, в то время как в глубине канала она значительно выше и достигает 125-150 градусов и более. В определённый момент в глубине начинается интенсивное парообразование, в результате колонна воды в грифоне приподнимается. При этом каждая частица воды оказывается в зоне меньшего давления, начинается кипение и извержение воды и пара. Куда ни бросишь взгляд, из растрескавшейся почвы с шипением вырываются струи пара, а на поверхности земли, изобилующей кратерами, в некоторых местах пенится вода из скрытых источников - горячая как кипяток. (1, стр. 113-122)

Рис. 2. Гейзер и схема его образования

Выделяющиеся из нее газы и пары, поднимаясь, проходят длинный путь по трещинам. Они растворяются в подземных водах и нагревают их. Такая вода и выходит на поверхность Земли в виде бурлящих горячих ключей, различных минеральных источников, гейзеров. Механизм действия гейзеров, периодически выбрасывающих воду на поверхность, еще не совсем выяснен. Ученые предполагают, что под землей гейзер состоит из пещер (камер) и соединяющих их проходов, трещин и каналов, встречающихся в застывших лавовых потоках (См. Рис.2). Эти пещеры и заполняются циркулирующими горячими подземными водами, которые под действием перегретых паров, поднимающихся от магматических очагов, нагреваются до температур выше точки кипения воды ( 8, стр. 126).Извержения гейзеров зависят от величины подземных камер и каналов, от расположения трещин, по которым поступает тепло из магматического очага, от количества и скорости притока грунтовых вод. Из физики известно, что точка кипения воды при давлении в 1 атм на уровне моря равна 100°. Если давление увеличивается, то температура кипения повышается. Давление столба воды в канале гейзера повышает точку кипения воды на дне канала. Нагретый нижний слой воды делается менее плотным и поднимается на поверхность, а более холодная вода с поверхности спускается вниз, где, согреваясь, в свою очередь, поднимается, и т. д. Перегретая вода, поднимаясь по каналу, достигает того уровня, на котором давление столба воды уменьшается настолько, что она может вскипеть, а упругость водяного пара сможет выбросить ее с огромной силой вверх в виде кипящего фонтана (см. Рис.3).Если канал гейзера широкий и более или менее правильной формы, вода перемешивается, закипает и периодически выплескивается на поверхность в виде горячего фонтана. Если же канал извилистый и узкий, вода не может перемешиваться и нагреваться равномерно. Вследствие давления сверху столба воды нижние слои воды оказываются перегретыми и не превращаются в пар. Пар выделяется лишь отдельными пузырями. Накапливаясь внизу, сжатый пар стремится расшириться, давит на верхний слой воды в канале и поднимает ее настолько, что она выплескивается на поверхность Земли небольшими фонтанами -- предвестниками извержения. Вес столба воды в канале уменьшается, следовательно, давление на глубине понижается, и перегретая вода, находясь выше точки кипения, мгновенно превращается в пар. Давление пара снизу так велико, что он выталкивает воду из канала -- и в воздух выбрасывается огромный фонтан кипятка и клубы пара.



Рис. 3. Схема действия гейзера. Находящаяся под гидростатическим давлением вода в подземных пустотах постепенно нагревается выше 100°. При достижении критической температуры она вскипает. Образующийся пар с шумом выбрасывается из гейзера, увлекая с собой кипящую воду.

Охлажденная выброшенная вода частично падает в чашу гейзера и попадает в его канал. Часть воды поднимается с глубин, но большая часть ее обычно просачивается в канал из боковых пород. В канале она нагревается, перегревается в нижних частях его, возникает снова пар, и происходят выбросы пароводяной смеси, т. е. гейзер начинает извергаться с полной силой. Таким образом, периодичность действия гейзеров зависит от размеров канала (но не от его формы), времени его заполнения водой и нагревания до температур, несколько превышающих точку кипения воды в местонахождении гейзера, что зависит от абсолютной высоты этой местности. После извержения канал постепенно заполняется подземной водой, частично водой, выброшенной при извержении и стекающей обратно в грифон. На некоторое время устанавливается равновесие, нарушение которого приводит к новому пароводяному извержению. Высота фонтанирования зависит от величины гейзера. Горячие источники и гейзеры появляются всюду, где вода через сложный лабиринт трещин и расселин находит выход на поверхность земли. При этом температура её иногда троекратно превышает точку кипения. Распространяющиеся пузырьки пара выталкивают воду через любую доступную трещину в земле. Если это скважина, то из земли бьёт горячий источник, а если маленькое отверстие, то вода гейзера пробивается вверх через регулярные промежутки времени. В одном из крупных гейзеров Иеллоустонского парка высота фонтана воды и пара достигала 40 метров.Самый знаменитый гейзер Иеллоустонского парка называется «Верный служака»: по нему можно проверять часы. Через каждые 65 с половиной минут он ровно в течение 4-х минут выбрасывает вверх эффектную струю воды. Особенно сильное парообразование можно наблюдать в прохладные месяцы - весной или зимой.

3. Причины возникновения

Появление гейзеров на поверхности обусловлено наличием в глубине напорных термальных вод с температурой значительно выше 100° С. Только в этом случае существованием на возможно интенсивное парообразование в процессе подъема воды вверх, уменьшение объемного веса и как следствие извержение пароводяной смеси. Перерыв в извержении, что отличает гейзеры от постоянно действующих кипящих источников, связан с опережающим движением пара по каналу гейзера, самоохлаждением воды, а также несбалансированным поступлением перегретой воды по сравнению с возможностью выброса пароводяной смеси из канала с относительно большим сечением. На глубине в несколько сотен метров происходит быстрое повышение температуры воды до точки кипения. Выводной канал гейзера имеет изгибы, препятствующие выходу на поверхность пара и охлаждению воды путем конвекции (4, стр. 92).Полагают, что бoльшая часть изверженной воды поступает в канал гейзера через трещины с поверхности земли. Однако высокие температуры горных пород указывают на присутствие недавно застывшей или застывающей магмы на небольшой глубине; следовательно, часть воды может быть и магматического происхождения. Щелочные воды гейзеров содержат растворенный кремнезем. Края такого бассейна и прилегающей к нему площадки покрыты отложениями содержащегося в кипятке кремнезема. Эти отложения называются гейзеритом. Около некоторых гейзеров образуются конусы из гейзерита высотой до нескольких метров (См. Рис. 4).

Рис. 4. Отложения кремнезема.

Многие гейзеры окружены натеками разноцветного гейзерита, которые покрывают иногда большие площади. Так, например, ок...