Un géiser ( / ˈɡaɪzər / , Reino Unido : / ˈɡiːzər / ) [ 1] [2] es un manantial con una descarga intermitente de agua expulsada de forma turbulenta y acompañada de vapor . La formación de géiseres es bastante rara y está causada por condiciones hidrogeológicas particulares que existen solo en unos pocos lugares de la Tierra.
Generalmente, los sitios de los campos de géiseres se ubican cerca de áreas volcánicas activas y el efecto géiser se debe a la proximidad del magma . El agua superficial se abre paso hasta una profundidad promedio de alrededor de 2000 metros (6600 pies) donde entra en contacto con rocas calientes. El agua presurizada hierve y esto provoca el efecto géiser de agua caliente y vapor que sale por el respiradero de la superficie del géiser.
La actividad eruptiva de un géiser puede cambiar o cesar debido a la deposición mineral en curso dentro de la tubería del géiser, el intercambio de funciones con las fuentes termales cercanas , las influencias 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 chorro, 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 visibles por las partículas de polvo y hielo transportadas por el gas. Se han observado chorros de vapor de agua cerca del polo sur de la luna Encélado de Saturno , mientras que se han observado erupciones de nitrógeno en la luna Tritón de Neptuno . También hay signos de erupciones de dióxido de carbono en la capa de hielo del polo sur de Marte .
En el caso de Encélado, se cree que las columnas de humo son impulsadas por energía interna. En los casos de los respiraderos de Marte y Tritón, la actividad puede ser 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 los géiseres terrestres de otros tipos de respiraderos, como las fumarolas .
El término «géiser» en inglés se remonta a finales del siglo XVIII y proviene de Geysir , que es un géiser en Islandia . [4] Su nombre significa «el que brota». [4] [5]
Los géiseres son formaciones geológicas no permanentes. Los géiseres se asocian generalmente con áreas volcánicas. [6] [ se necesita una mejor fuente ] A medida que el agua hierve, la presión resultante fuerza una columna de vapor y agua sobrecalentada a la superficie a través de las tuberías internas del géiser. La formación de géiseres requiere específicamente la combinación de tres condiciones geológicas que se encuentran generalmente en terreno volcánico: calor intenso, agua y un sistema de suministro de agua. [6] [ se necesita una mejor fuente ]
El calor necesario para la formación de géiseres proviene del magma que necesita estar cerca de la superficie de la Tierra. [7] Para que el agua calentada forme un géiser, se requiere un sistema de tuberías (formado por 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 la actividad de las fuentes termales, se produce cuando el agua superficial se filtra gradualmente a través del suelo hasta que se encuentra con rocas calentadas por el magma . En las fuentes termales no eruptivas, el agua calentada geotérmicamente sube luego hacia la superficie por convección a través de rocas porosas y fracturadas, mientras que en los géiseres, el agua es impulsada explosivamente hacia arriba por la alta presión de vapor que se crea 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 roca compacta. [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 hacia abajo el agua más caliente de abajo, de manera similar a la tapa de una olla a presión , lo que permite que el agua en el depósito se sobrecaliente , es decir, que permanezca líquida a temperaturas muy por encima del punto de ebullición a presión estándar. [8]
Finalmente, 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. A medida que estallan a través del respiradero del géiser, parte del agua se desborda o salpica, lo que reduce el peso de la columna y, por lo tanto, la presión sobre el agua que está debajo. Con esta liberación de presión, el agua sobrecalentada se convierte en vapor y hierve violentamente en toda la columna. La espuma resultante de vapor en expansión y agua caliente luego sale en forma de chorro por el respiradero del géiser. [6] [ se necesita una mejor fuente ] [9]
Un requisito clave para que un géiser entre en erupción es un material llamado geiserita, que se encuentra en las rocas cercanas al géiser. La geiserita, en su mayoría dióxido de silicio (SiO2 ) , se disuelve de 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 herméticos. Esto permite que la presión se transmita hasta la parte superior y no se filtre hacia la grava suelta o el suelo que normalmente se encuentran debajo de los campos de géiseres. [8]
Finalmente, el agua que queda en el géiser se enfría hasta alcanzar un punto inferior al de ebullición y la erupción termina; el agua subterránea calentada comienza a filtrarse de nuevo hacia el depósito y el ciclo completo comienza de nuevo. La duración de las erupciones y el tiempo entre erupciones sucesivas varían mucho de un géiser a otro; el géiser Strokkur en Islandia entra en erupción durante unos pocos segundos cada pocos minutos, mientras que el géiser Grand en los Estados Unidos entra en erupción durante hasta 10 minutos cada 8 a 12 horas. [8]
Hay dos tipos de géiseres: los géiseres de fuente , que brotan de charcos de agua, normalmente en una serie de explosiones intensas, incluso violentas; y los géiseres de cono , que brotan de conos o montículos de sinter silíceo (incluida la geiserita ), normalmente 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]
Existen muchas áreas volcánicas en el mundo que tienen fuentes termales , pozos de lodo y fumarolas , pero muy pocas tienen géiseres en erupción. La razón principal de su rareza es que deben ocurrir simultáneamente múltiples fuerzas transitorias intensas para que exista un géiser. Por ejemplo, incluso cuando existen otras condiciones necesarias, si la estructura de la roca está suelta, las erupciones erosionarán los canales y destruirán rápidamente cualquier géiser naciente. [11]
Los géiseres son frágiles y, si las condiciones cambian, pueden quedar inactivos o extinguirse. Muchos han sido destruidos simplemente por personas que arrojaron escombros en ellos, mientras que otros han dejado de hacer erupción debido a la deshidratación por parte de plantas de energía geotérmica . Sin embargo, el géiser de Islandia ha tenido períodos de actividad y de inactividad. Durante sus largos períodos de inactividad, las erupciones a veces se inducían artificialmente (a menudo en ocasiones especiales) mediante la adición de jabones tensioactivos al agua. [12]
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Algunos géiseres tienen colores específicos porque, a pesar de las duras condiciones, en ellos (y también en otros hábitats cálidos) suele encontrarse vida en forma de procariotas termófilos . Ningún eucariota conocido puede sobrevivir a temperaturas superiores a 60 °C (140 °F ). [13]
En la década de 1960, cuando aparecieron por primera vez las investigaciones sobre la biología de los géiseres, los científicos estaban convencidos de que ninguna forma de vida puede sobrevivir a temperaturas superiores a los 73 °C (163 °F) como máximo, el límite superior para la supervivencia de las cianobacterias , ya que se destruiría la estructura de las proteínas celulares clave y el ácido desoxirribonucleico (ADN). La temperatura óptima para las bacterias termófilas se situó incluso más abajo, en torno a los 55 °C (131 °F) de media. [13]
Sin embargo, las observaciones demostraron que pueden existir a altas temperaturas y que algunas bacterias incluso prefieren temperaturas más altas que el punto de ebullición del agua. Se conocen docenas 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 tan altas como 80 a 110 °C (176 a 230 °F). Como tienen enzimas termoestables que mantienen 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 (mediante 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 . [16]
Los géiseres son bastante raros y requieren una combinación de agua , calor y una plomería fortuita . La combinación existe en pocos lugares de la Tierra. [17] [18]
Yellowstone es el mayor lugar de géiseres, con miles de fuentes termales y aproximadamente entre 300 y 500 géiseres. Alberga 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 ( en ruso : Долина гейзеров ), ubicado en la península de Kamchatka en Rusia , es la segunda mayor concentración de géiseres del mundo. La zona fue descubierta y explorada por Tatyana Ustinova en 1941. Hay alrededor de 200 géiseres en la zona, junto con muchos manantiales de agua caliente y chorros perpetuos. El área se formó por una vigorosa actividad volcánica . La forma peculiar de las erupciones es una característica importante de estos géiseres. La mayoría de los géiseres entran en erupción en ángulos, y solo 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 flujo de lodo masivo influyó en dos tercios del valle. [20] Luego se informó que se estaba formando un lago termal sobre el valle. [21] Unos días después, se observó que el agua había retrocedido un poco, dejando al descubierto algunas de las características sumergidas. El géiser Velikan, uno de los más grandes del campo, no quedó enterrado en el deslizamiento y recientemente se ha observado que está activo. [22]
El nombre "El Tatio" proviene de la palabra quechua para horno . El Tatio está ubicado en los altos valles de los Andes en Chile , rodeado de muchos volcanes activos, a unos 4.200 metros (13.800 pies) sobre el nivel medio del mar. El valle alberga aproximadamente 80 géiseres en la actualidad. 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 sobresaliente de estos géiseres es que la altura de sus erupciones es muy baja, siendo el más alto de solo seis metros (20 pies) de altura, pero con columnas de vapor que pueden superar los 20 metros (66 pies) de altura. La altura promedio de erupción de géiser en El Tatio es de aproximadamente 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 (31 millas) de ancho y se encuentra sobre una zona de subducción en la corteza terrestre. El monte Ruapehu marca su extremo suroccidental, mientras que el monte 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 depósito hidroeléctrico, pero aún existen varias docenas de géiseres.
A principios del siglo XX, en esta zona existía el géiser más grande jamás conocido, el géiser Waimangu . Comenzó a hacer erupción en 1900 y estuvo en erupción periódicamente durante cuatro años hasta que un deslizamiento de tierra cambió el nivel freático local . Las erupciones del Waimangu normalmente alcanzaban los 160 metros (520 pies) y se sabe que algunas superráfagas han alcanzado 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 millas) de espesor. Debajo de esto 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, es el hogar de 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 reactiven o se creen nuevamente después de los terremotos, quedando inactivos o extintos después de algunos años o algunas décadas.
Los dos géiseres más importantes de Islandia se encuentran en Haukadalur . El Gran Géiser , que entró en erupción por primera vez en el siglo XIV, dio origen a la palabra géiser . En 1896, el géiser estaba casi inactivo antes de que un terremoto ese año provocara que comenzaran de nuevo las erupciones, que se producían varias veces al día; pero en 1916, las erupciones prácticamente cesaron. Durante gran parte del siglo XX, se produjeron erupciones de vez en cuando, normalmente tras terremotos. Se realizaron algunas mejoras artificiales en el manantial y se forzaron erupciones con jabón en ocasiones especiales. Los terremotos de junio de 2000 posteriormente despertaron al gigante durante un tiempo, pero actualmente no entra en erupción con regularidad. El cercano géiser Strokkur entra en erupción cada 5-8 minutos hasta una altura de unos 30 metros (100 pies). [18] [27]
Se sabe que hubo géiseres en al menos una docena de otras zonas de la isla. Algunos antiguos géiseres han desarrollado granjas históricas, [ aclaración necesaria ] que se han beneficiado del uso del agua caliente desde la época medieval.
En Nevada había dos grandes campos de géiseres ( 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 sostenerse. [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 se han extinguido por medios naturales. El principal campo restante es Whakarewarewa en Rotorua . [28] Dos tercios de los géiseres en Orakei Korako se inundaron por la construcción de la presa hidroeléctrica Ohakuri en 1961. [29] El campo Wairakei se perdió por una planta de energía geotérmica en 1958. [30] El campo Rotomahana fue destruido por la erupción de 1886 del Monte Tarawera . [31] [32]
Existen otros tipos de géiseres que difieren en su naturaleza de los géiseres normales impulsados por vapor. Estos géiseres difieren no solo en su estilo de erupción, sino también en la causa que los hace estallar.
En varios lugares donde hay actividad geotérmica , se han perforado pozos y se han equipado con marcos impermeables que les permiten entrar en erupción como géiseres. Los respiraderos de estos géiseres son artificiales, pero se aprovechan de sistemas hidrotermales naturales. Estos llamados géiseres artificiales , técnicamente conocidos como pozos geotérmicos en erupción , no son géiseres verdaderos. El géiser Little Old Faithful, en Calistoga, California , es un ejemplo. El géiser entra en erupción desde el revestimiento de un pozo perforado a fines 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 géiser Big Mine Run en Ashland, Pensilvania , el calor que alimenta el géiser (que surge de un respiradero de una mina abandonada) no proviene de 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 manantiales se denominan incorrectamente géiseres, pero como no son periódicos por naturaleza, no se los considera géiseres verdaderos. [35] [36]
Los géiseres se utilizan para diversas actividades, como la generación de electricidad , la calefacción y el turismo . Hay muchas reservas geotérmicas 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 que sale de los géiseres se ha utilizado para calentar invernaderos y para cultivar alimentos que de otro modo no se habrían podido cultivar en el clima inhóspito de Islandia. El vapor y el agua caliente de los géiseres también se han utilizado para calentar hogares desde 1943 en Islandia. En 1979, el Departamento de Energía de los 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. [37] El Departamento está obligado por ley a evaluar los posibles impactos ambientales del desarrollo geotérmico. [38]
Existen muchos cuerpos en el Sistema Solar en los que se han observado o se cree que ocurren erupciones que superficialmente se parecen a los géiseres terrestres. A pesar de que comúnmente se los conoce como géiseres, son impulsados por procesos fundamentalmente diferentes, consisten en una amplia gama de sustancias volátiles y pueden ocurrir en escalas muy dispares; desde los chorros de dióxido de carbono marcianos de tamaño modesto hasta las inmensas columnas de Encélado . En general, hay dos grandes categorías de características comúnmente conocidas como géiseres: columnas de sublimación y columnas criovolcánicas (también conocidas como criogéiseres).
Las columnas de sublimación son chorros de sustancias volátiles y polvo sublimados que se originan en fuentes poco profundas bajo superficies heladas. Algunos ejemplos conocidos son los chorros de CO2 en Marte y las erupciones de nitrógeno en Tritón , la luna de Neptuno .
Se cree que en Marte se producen chorros de dióxido de carbono en la región polar sur durante la primavera, cuando el sol calienta una capa de hielo seco acumulado durante el invierno. Aunque estos chorros aún no se han observado 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 CO2 . [ 39] Hay una gran cantidad de teorías para explicar las erupciones, incluido el calentamiento por la luz solar, las reacciones químicas o incluso la actividad biológica. [40]
En 1989, la Voyager 2 descubrió que Tritón tenía erupciones activas de nitrógeno y polvo cuando pasó por la luna. Estas columnas tenían hasta 8 km de altura, y los vientos las hacían volar hasta 150 km a favor del viento, creando rayas largas y oscuras a través de la capa de hielo del polo sur, que de otro modo sería brillante. [41] Existen varias teorías sobre qué impulsa la actividad en Tritón, como el calentamiento solar a través del hielo transparente, [42] el criovulcanismo o el calentamiento basal de las capas de hielo de nitrógeno. [43]
Las columnas criovolcánicas o criogéiseres se refieren generalmente a erupciones a gran escala de vapor de agua predominantemente provenientes de estructuras criovolcánicas activas en ciertas lunas heladas . Dichas columnas se producen en la luna Encélado de Saturno y en la luna Europa de Júpiter .
La sonda Cassini ha 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 ), saliendo de los respiraderos asociados con las " rayas de tigre " en la región polar sur de Encélado . Estas columnas son la fuente del material del anillo E de Saturno . El mecanismo que provoca la generación de estas erupciones sigue siendo incierto, así como en qué medida están físicamente vinculadas al océano subterráneo de Encélado , pero se cree que son impulsadas al menos en parte por el calentamiento de las mareas . [44] Cassini sobrevoló estas columnas varias veces, lo que permitió el análisis directo del agua del interior de otro cuerpo del sistema solar por primera vez. [45]
En diciembre de 2013, el telescopio espacial Hubble detectó columnas de vapor de agua a una altura de 200 km sobre la región polar sur de Europa . [46] Un nuevo examen de los datos de Galileo también sugirió que pudo haber atravesado una columna durante un sobrevuelo en 1997. [47] El Observatorio Keck también detectó agua en 2016, anunciada en un artículo de Nature de 2019 que especulaba que la causa era una erupción criovolcánica. [48] Se cree que las líneas de Europa podrían estar ventilando este vapor de agua al espacio de manera similar a las "rayas de tigre" de Encélado.
