Un géiser ( / ˈ ɡ aɪ z ər / , Reino Unido : / ˈ ɡ iː z ər / ) [1] [2] es un manantial caracterizado por una descarga intermitente de agua expulsada de forma turbulenta y acompañada de vapor. Como fenómeno bastante raro, la formación de géiseres se debe a condiciones hidrogeológicas particulares que existen sólo en unos pocos lugares de la Tierra.
Generalmente todos los sitios de campos de géiseres se ubican cerca de áreas volcánicas activas , y el efecto géiser se debe a la proximidad del magma . Generalmente, el agua superficial desciende hasta una profundidad promedio de alrededor de 2000 metros (6600 pies) donde entra en contacto con rocas calientes. La ebullición resultante del agua a presión produce el efecto de géiser de agua caliente y vapor que sale del respiradero de la superficie del géiser.
La actividad eruptiva de un géiser puede cambiar o cesar debido a la deposición mineral continua dentro de las tuberías del géiser, el intercambio de funciones con las fuentes termales cercanas , la influencia de los terremotos y la intervención humana. [3] Como muchos otros fenómenos naturales, los géiseres no son exclusivos de la Tierra. Se han observado erupciones en forma de chorros, a menudo denominadas criogéiseres, en varias de las lunas del sistema solar exterior. Debido a las bajas presiones ambientales, estas erupciones consisten en vapor sin líquido; se hacen más fácilmente visibles gracias a las partículas de polvo y hielo transportadas por el gas. Se han observado chorros de vapor de agua cerca del polo sur de Encelado , la luna de Saturno , mientras que se han observado erupciones de nitrógeno en Tritón , la luna de Neptuno .
También hay signos de erupciones de dióxido de carbono desde la capa de hielo del polo sur de Marte . En el caso de Encelado, se cree que las columnas son impulsadas por energía interna. En los casos de ventilación en Marte y Tritón, la actividad puede ser el resultado del calentamiento solar a través de un efecto invernadero de estado sólido . En los tres casos, no hay evidencia del sistema hidrológico subterráneo que diferencia a los géiseres terrestres de otros tipos de ventilación, como las fumarolas .
El término 'geyser' en inglés se remonta a finales del siglo XVIII y proviene de Geysir , que es un géiser de Islandia . [4] Su nombre significa "el que brota". [4] [5]
Los géiseres son accidentes geológicos no permanentes. Los géiseres generalmente están asociados con áreas volcánicas. [6] [ se necesita una mejor fuente ] A medida que el agua hierve, la presión resultante fuerza una columna sobrecalentada de vapor y agua a la superficie a través de las tuberías internas del géiser. La formación de géiseres requiere específicamente la combinación de tres condiciones geológicas que generalmente se encuentran en terrenos volcánicos: calor intenso, agua y un sistema de abastecimiento de agua. [6] [ se necesita una mejor fuente ]
El calor necesario para la formación de géiseres proviene del magma que debe estar cerca de la superficie de la tierra. [7] Para que el agua calentada forme un géiser, se requiere un sistema de plomería (hecho de fracturas , fisuras , espacios porosos y, a veces, cavidades). Esto incluye un depósito para contener el agua mientras se calienta. Los géiseres generalmente están alineados a lo largo de fallas . [6] [ se necesita una mejor fuente ]
La actividad de los géiseres, como toda actividad de aguas termales, es causada por el agua superficial que se filtra gradualmente a través del suelo hasta encontrarse con rocas calentadas por magma . En las fuentes termales no eruptivas, el agua calentada geotérmicamente sube hacia la superficie por convección a través de rocas porosas y fracturadas, mientras que en los géiseres, el agua es forzada explosivamente hacia arriba por la alta presión del vapor creada cuando el agua hierve debajo. Los géiseres también se diferencian de las fuentes termales no eruptivas en su estructura subterránea; muchos consisten en un pequeño respiradero en la superficie conectado a uno o más tubos estrechos que conducen a depósitos subterráneos de agua y rocas estancas. [8]
A medida que el géiser se llena, el agua en la parte superior de la columna se enfría, pero debido a la estrechez del canal, el enfriamiento por convección del agua en el depósito es imposible. El agua más fría de arriba presiona el agua más caliente de abajo, de forma similar a la tapa de una olla a presión , lo que permite que el agua del depósito se sobrecaliente , es decir, que permanezca líquida a temperaturas muy por encima del punto de ebullición de presión estándar. [8]
En última instancia, las temperaturas cerca del fondo del géiser aumentan hasta un punto en el que comienza la ebullición, lo que obliga a las burbujas de vapor a subir a la parte superior de la columna. Cuando atraviesan el respiradero del géiser, algo de agua se desborda o salpica, reduciendo el peso de la columna y, por tanto, la presión sobre el agua que se encuentra debajo. Con esta liberación de presión, el agua sobrecalentada se convierte en vapor, que hierve violentamente en toda la columna. La espuma resultante de vapor en expansión y agua caliente sale disparada por el respiradero del géiser. [6] [ se necesita una mejor fuente ] [9]
Un requisito clave que permite que un géiser entre en erupción es un material llamado geyserita que se encuentra en las rocas cercanas al géiser. La geyserita, principalmente dióxido de silicio (SiO 2 ), se disuelve en las rocas y se deposita en las paredes del sistema de tuberías del géiser y en la superficie. Los depósitos hacen que los canales que llevan el agua hasta la superficie sean estancos a la presión. Esto permite que la presión llegue hasta la cima y no se filtre a la grava suelta o al suelo que normalmente se encuentran debajo de los campos de géiseres. [8]
Finalmente, el agua que queda en el géiser se enfría por debajo del punto de ebullición y la erupción termina; El agua subterránea calentada comienza a filtrarse nuevamente al depósito y todo el ciclo comienza de nuevo. La duración de las erupciones y el tiempo entre erupciones sucesivas varían mucho de un géiser a otro; Strokkur en Islandia entra en erupción durante unos segundos cada pocos minutos, mientras que el Gran Géiser en los Estados Unidos entra en erupción durante hasta 10 minutos cada 8 a 12 horas. [8]
Hay dos tipos de géiseres: géiseres de fuente que brotan de charcos de agua, típicamente en una serie de estallidos intensos, incluso violentos; y géiseres de cono que brotan de conos o montículos de sinterizado silíceo (incluida la geyserita ), generalmente en chorros constantes que duran desde unos pocos segundos hasta varios minutos. Old Faithful , quizás el géiser más conocido del Parque Nacional de Yellowstone, es un ejemplo de géiser de cono. Grand Geyser , el géiser predecible más alto de la Tierra (aunque Geysir en Islandia es más alto, no es predecible), también en el Parque Nacional de Yellowstone, es un ejemplo de géiser de fuente. [10]
Hay muchas zonas volcánicas en el mundo que cuentan con aguas termales , ollas de barro y fumarolas , pero muy pocas tienen géiseres en erupción. La razón principal de su rareza es que deben ocurrir múltiples fuerzas transitorias intensas simultáneamente para que exista un géiser. Por ejemplo, incluso cuando existen otras condiciones necesarias, si la estructura rocosa está suelta, las erupciones erosionarán los canales y destruirán rápidamente los géiseres nacientes. [11]
Los géiseres son fenómenos frágiles y si las condiciones cambian, pueden quedar inactivos o extinguirse. Muchas han sido destruidas simplemente porque la gente les arrojó escombros, mientras que otras han dejado de entrar en erupción debido a la deshidratación de las plantas de energía geotérmica . Sin embargo, el Geysir de Islandia ha tenido períodos de actividad y de inactividad. Durante sus largos períodos de inactividad, las erupciones a veces eran inducidas artificialmente (a menudo en ocasiones especiales) mediante la adición de jabones tensioactivos al agua. [12]
.jpg/1280px-Aerial_image_of_Grand_Prismatic_Spring_(view_from_the_south).jpg)
Los colores específicos de los géiseres se deben al hecho de que, a pesar de las condiciones aparentemente duras, a menudo se encuentra vida en ellos (y también en otros hábitats cálidos ) en forma de procariotas termófilos . Ningún eucariota conocido puede sobrevivir a más de 60 °C (140 °F ). [13]
En la década de 1960, cuando apareció por primera vez la investigación de la biología de los géiseres, los científicos estaban generalmente convencidos de que ninguna vida puede sobrevivir por encima de los 73 °C como máximo (163 °F), el límite superior para la supervivencia de las cianobacterias , ya que la estructura de elementos clave Las proteínas celulares y el ácido desoxirribonucleico (ADN) serían destruidos. La temperatura óptima para las bacterias termófilas se situó aún más baja, alrededor de 55 °C de media. [13]
Sin embargo, las observaciones demostraron que realmente es posible que exista vida a altas temperaturas y que algunas bacterias incluso prefieren temperaturas superiores al punto de ebullición del agua . Se conocen decenas de estas bacterias. [14] Los termófilos prefieren temperaturas de 50 a 70 °C (122 a 158 °F), mientras que los hipertermófilos crecen mejor a temperaturas de hasta 80 a 110 °C (176 a 230 °F). Como tienen enzimas termoestables que conservan su actividad incluso a altas temperaturas, se han utilizado como fuente de herramientas termoestables , que son importantes en medicina y biotecnología , [15] por ejemplo en la fabricación de antibióticos , plásticos , detergentes (por el uso de enzimas termoestables lipasas , pululanasas y proteasas ), y productos de fermentación (por ejemplo, se produce etanol ). Entre estos, el primero descubierto y el más importante para la biotecnología es Thermus Aquaticus . [dieciséis]
Los géiseres son bastante raros y requieren una combinación de agua , calor y plomería fortuita . Esta combinación existe en pocos lugares de la Tierra. [17] [18]
Yellowstone es el lugar de géiseres más grande y contiene miles de fuentes termales y aproximadamente entre 300 y 500 géiseres. Es el hogar de la mitad del número total de géiseres del mundo en sus nueve cuencas de géiseres. Se encuentra principalmente en Wyoming , EE. UU., con pequeñas porciones en Montana e Idaho . [19] Yellowstone incluye el géiser activo más alto del mundo ( Steamboat Geyser en Norris Geyser Basin ).
El Valle de los Géiseres ( ruso : Долина гейзеров ) ubicado en la península de Kamchatka en Rusia es la segunda mayor concentración de géiseres del mundo. El área fue descubierta y explorada por Tatyana Ustinova en 1941. Existen aproximadamente 200 géiseres en el área junto con muchos manantiales de agua caliente y chorros perpetuos. La zona se formó debido a una vigorosa actividad volcánica . La forma peculiar de las erupciones es una característica importante de estos géiseres. La mayoría de los géiseres hacen erupción en ángulos, y sólo unos pocos tienen los conos de géiser que existen en muchos otros campos de géiseres del mundo. [18] El 3 de junio de 2007, un enorme flujo de lodo influyó en dos tercios del valle. [20] Luego se informó que se estaba formando un lago termal sobre el valle. [21] Pocos días después, se observó que las aguas habían retrocedido un poco, exponiendo algunas de las características sumergidas. Velikan Geyser, uno de los más grandes del campo, no quedó enterrado en el deslizamiento y recientemente [ cuantificar ] se ha observado que está activo. [22]
El nombre "El Tatio" proviene de la palabra quechua que significa horno . El Tatio está ubicado en los altos valles de los Andes , rodeado por muchos volcanes activos en Chile , América del Sur, a unos 4.200 metros (13.800 pies) sobre el nivel medio del mar. En la actualidad, el valle alberga aproximadamente 80 géiseres. Se convirtió en el campo de géiseres más grande del hemisferio sur después de la destrucción de muchos de los géiseres de Nueva Zelanda, y es el tercer campo de géiseres más grande del mundo. La característica más destacada de estos géiseres es que la altura de sus erupciones es muy baja, la más alta mide sólo seis metros (20 pies) de altura, pero con columnas de vapor que pueden tener más de 20 metros (66 pies) de altura. La altura promedio de la erupción de un géiser en El Tatio es de unos 750 milímetros (30 pulgadas). [18] [23]
La Zona Volcánica de Taupō se encuentra en la Isla Norte de Nueva Zelanda . Tiene 350 kilómetros (217 millas) de largo por 50 km de ancho (31 millas) y se encuentra sobre una zona de subducción en la corteza terrestre. El monte Ruapehu marca su extremo suroeste, mientras que el monte submarino submarino Whakatāne (85 km o 53 millas más allá de Whakaari/Isla Blanca ) se considera su límite noreste. [24] Muchos géiseres en esta zona fueron destruidos debido a desarrollos geotérmicos y un embalse hidroeléctrico, pero todavía existen varias docenas de géiseres.
A principios del siglo XX, en esta zona existía el géiser más grande jamás conocido, el Waimangu Geyser . Comenzó a hacer erupción en 1900 y hizo erupción periódicamente durante cuatro años hasta que un deslizamiento de tierra cambió el nivel freático local . Las erupciones de Waimangu normalmente alcanzarían los 160 metros (520 pies) y se sabe que algunas superráfagas alcanzaron los 500 metros (1600 pies). [18] Trabajos científicos recientes indican que la corteza terrestre debajo de la zona puede tener tan solo cinco kilómetros (3,1 millas) de espesor. Debajo se encuentra una película de magma de 50 kilómetros (30 millas) de ancho y 160 kilómetros (100 millas) de largo. [25]
Debido a la alta tasa de actividad volcánica en Islandia, alberga algunos de los géiseres más famosos del mundo. Hay alrededor de 20 a 29 géiseres activos en el país, así como numerosos géiseres anteriormente activos. [26] Los géiseres islandeses se distribuyen en la zona que se extiende de suroeste a noreste, a lo largo del límite entre la Placa Euroasiática y la Placa Norteamericana . La mayoría de los géiseres islandeses tienen una vida relativamente corta; también es característico que muchos géiseres aquí se reactivan o se crean nuevamente después de los terremotos, quedando inactivos o extintos después de algunos años o algunas décadas.
Los dos géiseres más destacados de Islandia se encuentran en Haukadalur . El Gran Geysir , que entró en erupción por primera vez en el siglo XIV, dio origen a la palabra géiser . En 1896, Geysir estaba casi inactivo antes de que un terremoto ese año provocara que comenzaran de nuevo las erupciones, que ocurrían varias veces al día, pero en 1916, las erupciones prácticamente cesaron. Durante gran parte del siglo XX, se produjeron erupciones de vez en cuando, generalmente después de terremotos. Se hicieron algunas mejoras en el manantial y se forzaron erupciones con jabón en ocasiones especiales. Los terremotos de junio de 2000 despertaron posteriormente al gigante durante un tiempo, pero actualmente no entra en erupción con regularidad. El cercano géiser Strokkur entra en erupción cada 5 a 8 minutos a una altura de unos 30 metros (98 pies). [18] [27]
Se sabe que existieron géiseres en al menos una docena de áreas más de la isla. Algunos antiguos géiseres han desarrollado granjas históricas que se beneficiaban del uso del agua caliente desde la época medieval.
Solía haber dos grandes campos de géiseres en Nevada , Beowawe y Steamboat Springs , pero fueron destruidos por la instalación de plantas de energía geotérmica cercanas. En las plantas, la perforación geotérmica redujo el calor disponible y bajó el nivel freático local hasta el punto de que la actividad de los géiseres ya no podía mantenerse. [18]
Muchos de los géiseres de Nueva Zelanda han sido destruidos por los humanos en el último siglo. Varios géiseres de Nueva Zelanda también han quedado inactivos o extintos por medios naturales. El principal campo restante es Whakarewarewa en Rotorua . [28] Dos tercios de los géiseres de Orakei Korako fueron inundados por la construcción de la presa hidroeléctrica Ohakuri en 1961. [29] El campo Wairakei se perdió debido a una planta de energía geotérmica en 1958. [30] El campo Rotomahana fue destruido por el 1886 erupción del monte Tarawera . [31] [32]
Hay otros tipos de géiseres que son de naturaleza diferente a los géiseres de vapor normales. Estos géiseres se diferencian no sólo por su estilo de erupción sino también por la causa que los hace estallar.
En numerosos lugares donde hay actividad geotérmica , se han perforado pozos y equipados con ventanas impermeables que les permiten hacer erupción como géiseres. Las fuentes de estos géiseres son artificiales, pero están conectadas a sistemas hidrotermales naturales. Estos llamados géiseres artificiales , conocidos técnicamente como pozos geotérmicos en erupción , no son verdaderos géiseres. Little Old Faithful Geyser, en Calistoga, California , es un ejemplo. El géiser surge de la carcasa de un pozo perforado a finales del siglo XIX. Según el Dr. John Rinehart en su libro A Guide to Geyser Gazing (1976 p. 49), un hombre había perforado el géiser en busca de agua. "Simplemente había abierto un géiser muerto". [33]
En el caso del Big Mine Run Geyser en Ashland, Pensilvania , el calor que alimenta el géiser (que brota de un respiradero de mina abandonado) no proviene de la energía geotérmica, sino del incendio de la mina Centralia, que lleva mucho tiempo latente . [34]
Se trata de una fuente termal natural que arroja agua constantemente sin detenerse para recargarse. Algunos de estos se llaman incorrectamente géiseres, pero debido a que no son de naturaleza periódica, no se consideran verdaderos géiseres. [35] [ se necesita una mejor fuente ]
Los géiseres se utilizan para diversas actividades como la generación de electricidad , la calefacción y el turismo . Muchas reservas geotérmicas se encuentran en todo el mundo. Los campos de géiseres de Islandia son algunos de los lugares de géiseres más viables comercialmente del mundo. Desde la década de 1920, el agua caliente procedente de los géiseres se ha utilizado para calentar invernaderos y cultivar alimentos que de otro modo no se habrían podido cultivar en el inhóspito clima de Islandia. El vapor y el agua caliente de los géiseres también se utilizan para calentar hogares desde 1943 en Islandia. En 1979, el Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) promovió activamente el desarrollo de la energía geotérmica en el "Área de recursos geotérmicos conocidos de Geysers-Calistoga" (KGRA), cerca de Calistoga, California, a través de una variedad de programas de investigación y el Programa de garantía de préstamos geotérmicos. [36] El Departamento está obligado por ley a evaluar los posibles impactos ambientales del desarrollo geotérmico. [37]
Hay muchos cuerpos en el Sistema Solar donde se han observado o se cree que ocurren erupciones que superficialmente se parecen a los géiseres terrestres. A pesar de que comúnmente se les conoce como géiseres, están impulsados por procesos fundamentalmente diferentes, constan de una amplia gama de volátiles y pueden ocurrir en escalas muy dispares; desde los chorros de dióxido de carbono marcianos de modesto tamaño hasta las inmensas columnas de Encelado . Generalmente, existen dos categorías amplias de características comúnmente denominadas géiseres: columnas de sublimación y columnas criovolcánicas (también denominadas criogéiseres).
Las columnas de sublimación son chorros de volátiles sublimados y polvo provenientes de fuentes poco profundas bajo superficies heladas. Ejemplos conocidos incluyen los chorros de CO 2 en Marte y las erupciones de nitrógeno en Tritón , la luna de Neptuno .
En Marte se cree que se producen chorros de dióxido de carbono en la región polar sur de Marte durante la primavera, cuando el sol calienta una capa de hielo seco acumulada durante el invierno. Aunque estos chorros aún no han sido observados directamente, dejan evidencia visible desde la órbita en forma de manchas oscuras y abanicos más claros sobre el hielo seco. Estas características consisten principalmente en arena y polvo expulsados por las explosiones, así como patrones de canales en forma de araña creados debajo del hielo por el rápido flujo de gas CO 2 . [38] Hay una gran cantidad de teorías para explicar las erupciones, incluido el calentamiento de la luz solar, reacciones químicas o incluso actividad biológica. [39]
La Voyager 2 descubrió que Tritón tenía erupciones activas de nitrógeno y polvo cuando pasó cerca de la Luna en 1989. Estas columnas tenían hasta 8 km de altura, donde los vientos las arrastraban hasta 150 km a favor del viento, creando rayas largas y oscuras a lo largo de la superficie. por lo demás brillante capa de hielo del polo sur. [40] Existen varias teorías sobre lo que impulsa la actividad en Tritón, como el calentamiento solar a través del hielo transparente, [41] el criovulcanismo o el calentamiento basal de las capas de hielo de nitrógeno. [42]
Las plumas criovolcánicas o criogéisers generalmente se refieren a erupciones a gran escala de predominantemente vapor de agua provenientes de características criovolcánicas activas en ciertas lunas heladas . Este tipo de columnas se producen en Encelado, la luna de Saturno , y en Europa , la luna de Júpiter .
Se han observado columnas de vapor de agua, junto con partículas de hielo y cantidades más pequeñas de otros componentes (como dióxido de carbono , nitrógeno , amoníaco , hidrocarburos y silicatos ) en erupción de respiraderos asociados con las " rayas de tigre " en la región polar sur de Encelado. por la sonda Cassini . Estas columnas son la fuente del material en el anillo E de Saturno . El mecanismo que provoca que se generen estas erupciones sigue siendo incierto, así como hasta qué punto están físicamente vinculados al océano subterráneo de Encelado , pero se cree que son impulsados, al menos en parte, por el calentamiento de las mareas . [43] Cassini voló a través de estas columnas varias veces, permitiendo por primera vez el análisis directo del agua desde el interior de otro cuerpo del sistema solar. [44]
En diciembre de 2013, el Telescopio Espacial Hubble detectó columnas de vapor de agua potencialmente a 200 km de altura sobre la región polar sur de Europa . [45] Un nuevo examen de los datos de Galileo también sugirió que pudo haber volado a través de una columna durante un sobrevuelo en 1997. [46] El Observatorio Keck también detectó agua en 2016, anunciado en un artículo de Nature de 2019 que especulaba que la causa una erupción criovolcánica. [47] Se cree que las líneas de Europa podrían estar expulsando este vapor de agua al espacio de manera similar a las "rayas de tigre" de Encelado.
