Источники:
http://www.ssga.ru/erudites_info/tryaseniya/1810a.htmlhttp://www.kscnet.ru/ivs/publication/ustinova/mex.htmПервое условие существования гейзеров - возможность вывода на поверхность земли перегретой воды.
Второе условие - наличие относительно более прохладной воды, имеющей доступ в канал гейзера и прерывающей кипение в нем глубинной воды. Этим именно и достигается периодичность действия гейзеров.
В результате наблюдений над деятельностью камчатских гейзеров механизм действия гейзеров в схеме представляется нам следующим образом.
Непосредственно после окончания очередного периода фонтанирования верхняя часть гейзера останется пустой. В результате такой “откачки” уровень воды в окружающих гейзер породах также неизбежно понизится.
После того как уровень воды в канале гейзера упадет на какую-то максимальную глубину, особую для каждого отдельного гейзера, горячая вода начинает вновь под влиянием гидростатического давления медленно подниматься в канале гейзера, смешиваясь с охлажденной водой, поступающей в канал из окружающих пород.
Это первая стадия действия, обязательная для всех гейзеров,- стадия наполнения.
Когда гейзер наполнится до верха воронки, вода начинает переливаться через ее края, иногда сразу бурной волной, иногда небольшой струей, постепенно увеличивающейся до самого извержения. Остывшая вода, имеющая на высоте излива температуру ниже точки кипения и заполнившая аппарат гейзера, под влиянием гидростатического давления постепенно вытесняется и изливается наружу. Одновременно порции более горячей перегретой воды поступают снизу и поднимаются к поверхности.
Это вторая стадия, стадия излияния, свойственная не всем гейзерам, но отмеченная у большинства крупных - Первенца, Тройного, Большого и Малого, Великана, а также у некоторых небольших - Конуса, Скалистого, гейзера у подножья водопада.
В случае если гидростатический напор недостаточен для самоизлива воды из гейзера, вторая стадия отсутствует. У таких гейзеров вторая стадия заменяется третьей, условно названной нами стадией нагрева воды.
В этом случае уровень вды в канале очень медленно однимается, подходя к краям воронки. Порции поступающей снизу перегретой воды вследствие конвекции постепенно нагревают воду, заполняющую гейзерный аппарат, и доводят ее в верхних частях канала до температуры кипения. Этому же способствуют и пузыри пара, которые образуются на небольшой глубине из перегретой воды и конденсируются в верхних слоях воды, способствуя повышению температуры этих слоев. Третья стадия присутствует у всех гейзеров, лишенных стадии излияния. Надо, однако, заметить, что отсутствие излияния воды через край грифона гейзера еще не означает отсутствия подземного стока по трещинам в породах, через которые проходит канал.
При наличии подземного стока между второй и третьей стадиями принципиального различия нет. Независимо от того, имеется налицо вторая или третья стадия, в обоих случаях достигается один, необходимый для действия гейзера эффект: в верхней части канала температура воды поднимается и достигает точки кипения при существующем давлении.
В нижней части гейзерного канала вода имеет более высокую температуру, причем принципиально совершенно не имеет значения, находится максимальная температура на дне канала или на некотором от него расстоянии (кривая Бунзена для Гейзера Исландии, 83). Участок - с максимальной температурой воды в канале указывает только на место поступления в канал гейзера наиболее горячей воды, и в соображениях о процессах, создающих гейзерный режим, ничего не меняет.
Закипеть воде в глубине канала даже при наличии высокой температуры мешает давление вышележащего столба воды. Когда по причинам, указанным выше, вода в верхних частях канала интенсивно закипает, образуется паро-водяная смесь, резко уменьшающая давление на лежащие ниже слои воды. Вода в нижележащих частях канала, имеющая значительно более высокую температуру, вследствие сильного уменьшения давления тоже начинает интенсивно кипеть, и закипание быстро распространяется вглубь канала, захватывая все более глубокие его части.
Вода, переходя в пар, сильно увеличивает свой объем. Как видно из табл. 18, объем пара при нормальном давлении достигает 1 675 объемов воды. С увеличением давления это соотношение уменьшается, но все же оно достаточно велико, чтобы обеспечить извержение большой силы.
ри закипании в узком канале смесь воды и пара с колоссальной силой выбрасывается вверх. Это третья стадия - стадия фонтанирования. Несмотря на то что во время извержения закипают все более глубокие слои воды, сила извержения не уменьшается, так как новые, подтекающие снизу, более нагретые порции воды закипают более интенсивно.
В каждом гейзере в период фонтанирования количество выбрасываемой воды превышает количество воды, поступающей в аппарат гейзера из окружающих его пород. Извержение опустошает канал гейзера со всеми возможными его ответвлениями и соединенными с ним трещинами в окружающих породах.
Когда бурное извержение исчерпает основные массы перегретой воды, извержение заканчивается. Вновь поступающая в небольшом количестве из глубин в опустошенный канал гейзера перегретая вода кипит в глубине канала и наружу извергается уже не вода, а пар. В пустой канал гейзера опять получает доступ в большом количестве охлажденная вода из окружающих пород. Поступление этой воды прекращает кипение в канале. Наличие охлажденной воды, поступающей в канал гейзера после фонтанирования, мы считаем одним из двух основных условий, определяющих гейзерный режим источника.
Прекращение кипения за счет охлаждения, вызванного обильным парообразованием, представляется нам невозможным. В конце извержения в пар переходит неразбавленная глубинная, сильно перегретая вода и вряд ли процесс парообразования может понизить температуру этой воды ниже 100° и служить причиной прекращения кипения.
Если охлажденной воды поступает сразу много, она быстро понижает температуру воды в гейзере и почти мгновенно прекращает - заливает и тушит - извержение. Очень характерно в этом отношении поведение гейзера Щель, который внезапно полностью прекращает фонтанирование и после этого совершенно не парит. Так же заливается охлажденной водой извержение периодически действующих пульсирующих источников - Сахарного, Двойного.
Если охлажденной воды поступает в гейзер мало, она медленно понижает температуру в канале гейзера. Перегретая вода в сильно нагретом гейзерном канале смешивается с небольшими порциями охлажденной воды и все же продолжает некоторое время кипеть внутри канала гейзера, не достигая поверхности земли. В таком случае гейзер после фонтанирования продолжает извергать клубы пара, более или менее обильные в зависимости от количества воды на глубине и интенсивности ее кипения. Эта стадия называется нами стадией паровыделения или глубинного кипения.
Постепенно кипение становится все менее интенсивным и, наконец, прекращается. Стадия выделения пара наблюдается не у всех гейзеров, но у большинства она присутствует.
В то время когда горячая вода наполняет гейзерный канал, она находится там под давлением и проникает по трещинам в окружающие породы. В зависимости от водопроницаемости этих пород и гидростатического напора вода более или менее их насыщает. В этих поверхностных слоях вода несколько остывает, оставаясь все же горячей, но уже не достигая температуры кипения.
Когда после извержения грифон опустошается и давление в нем падает, эта же самая вода, не встречая сопротивления, устремляется обратно в канал гейзера, прекращая своим поступлением кипение и создавая, таким образом, периодичность в действии гейзера. То обстоятельство, что здесь идет речь о той же самой, только охлажденной воде, подтверждается однотипностью химического состава воды во время извержения и в период излияния.
Однако в канал некоторых гейзеров, возможно, имеет доступ и обычная грунтовая вода, так как минерализация воды таких гейзеров в период между извержениями ниже.
В гейзер Первенец, лежащий у самой реки, возможно, поступает речная вода.
Если бы в канал гейзера не поступала охлажденная вода, в гейзере после извержения продолжалось бы подземное кипение перегретой воды, которое превратило бы гейзер в выход пара.
Главная
Страниц: 1
