В стихотворении, посвященном Исландии, К. Д. Бальмонт писал: Валуны и равнины, залитые лавой, Сонмы глетчеров, брызги горячих ключей, Скалы, полные грусти своей величавой, Убеленные холодом бледных лучей...
Картина залитых лавой равнин нам уже знакома (напомним рассказ об извержении трещины Лаки). Глетчеры - это ледники (по-немецки).
А вот под горячими ключами поэт подразумевал гейзеры - источники, которые периодически, через определенные про: межутки времени выбрасывают фонтаны горячей воды и пара. Слово «гейзер» исландского происхождения; происходит от geysa, что означает «хлынуть».
Гейзеры встречаются не только в Исландии. Ими можно любоваться также в США (на территории Йеллоустонского национального парка), Новой Зеландии, Японии. В СССР гейзеры сосредоточены, и притом в большом количестве, на Камчатке (около 100 гейзеров). Одна из рек Камчатки так и называется - Гейзерная. В ее долине находится около 20 крупных гейзеров, и среди них самый большой гейзер Камчатки - Великан. Он выбрасывает фонтан воды высотой до 40 м, при этом столб пара поднимается до нескольких сотен метров. Извержение большого гейзера - удивительно красивое зрелище.
Окутанная паром мощная струя кипящей воды с грохотом взметается вверх, рассыпаясь на большой высоте мириадами брызг. Фонтан бьет некоторое время, затем струя исчезает, рассеивается пар и все успокаивается. Как правило, вокруг гейзера есть небольшой природный бассейн диаметром до нескольких метров. Земля вокруг гейзеров обычно теплая и даже горячая.
Главное, что отличает гейзеры от прочих теплых и горячих источников,- это периодичность действия. Промежутки времени между извержениями различны у разных гейзеров. Одни гейзеры извергают струю кипятка через каждые 10...20 мин, другие - всего один-два раза в месяц. Так, извержения гейзера Старый Служака в США повторяются всякий раз через 50...70 мин. Почти у всех гейзеров извержение длится всего несколько минут.
Заглянем в бассейн гейзера сразу после того, как прекратилось извержение. Мы обнаружим, что воды в нем нет. В центре бассейна хорошо видно отверстие - это уходящий в глубь земли канал, его называют трубкой гейзера. Например, у Большого гейзера в Исландии трубка имеет диаметр 3 м и уходит в глубину на 23 м. Перед началом извержения вода поднимается по трубке, заполняет бассейн, бурлит - и вдруг вверх взметается фонтан кипятка. После окончания извержения вода из бассейна постепенно снова уходит в трубку.
Физика гейзера. Гейзеры располагаются вблизи действующих или сравнительно недавно уснувших вулканов.
Распространяющаяся от магматического очага теплота нагревает почти до кипения подземные воды, которые заполняют трещины и разломы вблизи земной поверхности. Извержения гейзеров не имеют ничего общего с извержениями вулканов. Однако для извержений гейзеров необходима теплота, поступающая от вулканов. Поэтому гейзеры принято рассматривать как вторичные вулканические явления.
Прежде чем обсуждать физику гейзера, напомним, что температура кипения воды зависит от давления. С увеличением давления температура кипения повышается. На рисунке 16.12 приведен график зависимости температуры кипения Т от давления р. При р=1 атм имеем Г=100°С. Когда давление понижается до 0,5 атм, температура кипения уменьшается до 80 °С. При повышении давления до 2 атм температура кипения увеличивается до 120°С.
Представим себе 20-метровую гейзерную трубку, наполненную горячей водой (рис.16.13,а). Используя результаты конкретных измерений, выполненных непосредственно перед извержением гейзера, будем считать, что у вершины трубки температура равна 85 °С, на глубине Н=13 м она составляет 122 °С, а у самого дна трубки 126 °С. По мере увеличения глубины температура воды в трубке растет.
Одновременно возрастает и давление - оно складывается из атмосферного давления и давления столба воды в трубке (с погружением возрастает высота, а значит, и давление столба воды). При этом везде по длине трубки температура воды оказывается немного ниже температуры кипения, соответствующей давлению на той или иной глубине. В частности, на глубине Н=13 м давление несколько выше 2 атм, так что температура кипения равна 124 °С, вода же на этой глубине имеет, как мы уже сказали, температуру 122 °С, т. е. на два градуса ниже температуры кипения.
Теперь предположим, что по одному из боковых протоков в трубку поступила порция пара. Пар вошел в трубку на глубине Я=13 м и поднял воду, находившуюся на уровне А, до уровня В, расположенного двумя метрами выше (рис. 16.13,6); при этом масса воды в объеме, соответствующем двум метрам трубки, перелилась в бассейн. В результате подъема вода, имеющая температуру 122 °С, переместилась с глубины 13 м на глубину 11 м, где температура кипения равна 121 °С. Теперь температура кипения воды в рассматриваемой области трубки оказывается выше температуры кипения. Вода немедленно закипает.
При кипении образуется пар, который еще выше поднимает воду в верхней половине трубки, заставляя ее выливаться в бассейн. По мере перехода воды из трубки в бассейн давление на нижние слои воды в трубке продолжает уменьшаться, и наступает момент, когда закипает вся оставшаяся в трубке масса воды. В этот момент образуется сразу большое количество пара; расширяясь, он с огромной скоростью устремляется вверх, выбрасывая остатки воды из трубки и часть воды из бассейна (рис.16.13,в),- происходит извержение гейзера.
Но вот весь пар из трубки вышел, вода, подброшенная вверх, стекла снова в бассейн, охладилась и постепенно снова заполнила трубку. Время от времени внизу слышатся взрывы - это внутрь трубки попадают из боковых протоков порции пара. Однако очередной выброс воды начнется лишь тогда, когда вода в трубке нагреется до температуры, близкой к температуре кипения.
