Geysire - Vulkanische Springquellen

Geysire: Ein Wunder der Natur, das in Regionen, die vom Vulkanismus geprägt sind, beobachtet werden kann.

Der Name Geysir

Der Begriff Geysir wurde von der isländischen Vokabel für „wild wirbeln“ oder „strömen“ abgeleitet – angelehnt an den Charakter der Springquelle.

Definition Geysir

Geysire sind heiße Springquellen, die unregelmäßig bis periodisch Wasser fontänenartig mit Druck ausstoßen.
Die Zeitabstände zwischen den Eruptionen von Geysiren sind unterschiedlich. So weisen einige Geysire zwischen den Wasserfontänen eine Pause von wenigen Minuten auf (zum Beispiel: Strokkur in Island – Eruption alle zwei Minuten), andere Geysire stoßen das Wasser erst nach Stunden wieder aus.
Ebenso variiert die Höhe der heißen Wassersäule, welche im Zentimeterbereich liegen kann, aber auch bis zu 130 m wie beispielsweise beim Steamboat-Geysir im Yellowstone-Nationalpark (USA) betragen kann. Aufzeichnungen belegen aber auch, dass der versiegte Waimangu-Geysir in Neuseeland bis zu 460 m hohe Wasserfontänen empor warf.

Die Vorkommen von Geysiren

Die Zahl und Verbreitung von Geysiren steht in engem Zusammenhang mit Jungvulkangebieten.
Die meisten Geysire der Welt befinden sich im US-amerikanischen Yellowstone-Nationalpark. Die offiziellen Angaben schwanken zwischen 250 bis 300 Geysiren im Yellowstone-Nationalpark. Auf Island werden 26 aktive Geysire gezählt, gefolgt von Neuseeland mit 20 Geysiren und Kamtschatka. Einige Geysire sind auch in den Ländern des Pazifischen Feuerrings, z.B. Chile und Java und Sumatra/Indonesien aktiv.

Entstehung und Mechanismus

Die noch heute gültige Erklärung zur Entstehung von Geysiren und der Ablauf der Eruption wurde 1846 vom deutschen Chemiker Robert Bunsen (1811 bis 1899) verfasst. Die nach ihm benannte Bunsen´sche Theorie entwickelte Bunsen während einer Expedition auf Island.

Nach Bunsen entstehen Geysire durch das Zusammenspiel von hohen Temperaturen unterhalb der Erdoberfläche, dadurch erwärmtem Wasser sowie unterirdischen Wasserspeichern und –leitungssystemen.

Damit ein Geysir als Heißwasserspringquelle erhitztes Wasser empor fördern kann, muss zunächst Grundwasser erwärmt werden. Als typische Erscheinung von jungen Vulkangebieten dienen Magmakammern oder durch selbige erhitzte umliegende Gesteine Geysiren als Wärmequelle. Oberhalb dieser Wärmequelle befindet sich, durch Grundwasser stauende Schichten bedingt, ein Reservoir, das Wasser speichert. Dieser Wasserspeicher ist wiederum durch Aufstiegskanäle mit der Erdoberfläche verbunden.

Durch die Hitze der Magms wird das Wasser im Speicher auf Temperaturen zwischen 100 und 250°C erhitzt. Zum Zeitpunkt des Austritts beträgt die Temperatur hingegen "nur" 40 bis 100°C.

Das im unterirdischen Reservoir erhitzte Wasser steht permanent unter Druck. Der Grund dafür ist die Wassersäule des darüber stehenden Wassers. Mit dem Druck der Wassersäule wird das Sieden unterbunden, weshalb das Wasser bei Temperaturen von über 100°C nicht verdampft - wie man es bspw. von kochendem Wasser in Töpfen kennt, sondern weiterhin flüssig bleibt. Man spricht von einer Verschiebung des Siedepunkts: durch den hohen Druck beginnt das Wasser erst bei sehr viel höheren Temperaturen zu sieden, als dass es in der Atmosphäre geschehen würde. Wird der Punkt erreicht, dass der Siedepunkt dem des Drucks entspricht, steigen erste Dampfblasen im Wasser durch den Schlot nach oben. An der Austrittstelle des Geysirs erweckt das den Anschein von im Wasserloch kochenden Wasser.

Zeitgleich kommt es durch den ersten Wasseraustritt zu einer geringen Druckentlastung der Wassersäule. Das Verhältnis von Druck und entsprechender Siedetemperatur des Wassers ist unausgeglichen. In der Folge geht das erhitzte Wasser in den gasförmigen Zustand über. Das Wasser tritt spontan und kraftvoll als Geysir zu Tage, bestehend aus Wasserdampf und flüssigem Wasser, als Folge der schnellen Kondensation an der Luft.

Entscheidend für das Funktionieren von Geysiren ist der Durchmesser des Eruptionskanals.
Dieser ist zu vergleichen mit dem Schlot von Vulkanen, nur dass dieser wesentlich schmaler kanalisiert ist, aber gen Öffnung zur Erdoberfläche trichterförmig geweitet ist. Ist der Aufstiegskanal von größerem Durchmesser oder mit der Zeit infolge der Eruptionen ausgeweitet, entsteht eine heiße Quelle. Der Grund dafür ist die Konvektion: das Wasser im Reservoir wird von der Unterseite dauerhaft erhitzt und von der oberflächennahen Oberseite stetig abgekühlt. Es entsteht ein Kreislauf; die notwendige Voraussetzung des Geysirs, der Druck der Wassersäule und die Verschiebung des Siedepunkts, sind ausgeschaltet.

Nach der Eruption des Geysirs fließt das Wasser zurück in die Austrittsstelle, füllt das Wasserreservoir auf, erhitzt sich erneut und bricht wieder aus.

Geysire und Minerale

Neben Wasser und Wasserdampf werden auch Gesteine und Minerale an die Erdoberfläche transportiert. Vor allem Kieselsinter (Geyserit) und schwefelhaltige Verbindungen wie Gips und Pyrit, aber auch Chlorit, Goethit und Montmorillonit lagern sich um Geysire ab; bilden einstweilen ausgedehnte Ablagerungen – bis zu 10 cm in 20 Jahren.

Verstopfte Geysire

Mit jenen mineralischen Ausscheidungen ist das Versiegen von Geysiren bisweilen zu erklären.
Die Minerale verkrusten den Schlot, so dass der Wasseraustritt nicht mehr möglich ist. Als Beispiel dafür sei der Große Geysir in Island genannt. Nachdem der namensgebende Geysir aller Geysire seit 1916 die verlässlichen Eruptionen ausließ, wurden die durch Sinterablagerungen verstopften Kanäle von Dr. Trausti Einarsson am 28. Juli 1935 mittels Bohrungen reaktiviert. Kurze Zeit später kam es erneut zu Versinterungen, die den Betrieb des Geysirs einstellten. Durch ein Erdbeben im Jahr 2000 lösten sich die Verkrustungen und der Geysir nahm zeitweilig die Tätigkeit wieder auf.

Reaktivierte und alte Geysire

Erdbeben sind häufig der Auslöser inaktiver Geysire.
Durch Änderungen der Druckverhältnisse im Untergrund und durch Verschiebungen der Erdkruste kann es zu veränderten Wasserleitbahnen kommen. Im Fall des Old Faithful können so beispielsweise anhand der Aktivität und des Verhaltens der Wassersäule und -höhe Erdbeben vorhergesagt werden.

Im Umkehrschluss können Erdbeben aber auch die Tätigkeit von Geysiren beenden.

Künstliche und Kaltwassergeysire

Davon zu unterscheiden sind künstliche Geysire und Kaltwassergeysire.

Künstliche Geysire entstehen, wenn in Geothermalgebieten Wasserwege von Menschenhand geschaffen werden, zusätzlich versehen mit einer Wasserzufuhr und Schaltuhr, die eine punktgenaue, garantierte Eruption gewährleisten.

Bei den Geysiren der Vulkaneifel, Wallender Born und Geysir Andernach, handelt es sich um Kaltwassergeysire.
Motor des aufsteigenden Wassers ist nicht Wärme aus dem Erdinneren, sondern in Magmakammern freigesetztes Kohlenstoffdioxid. Das Gas steigt durch vorgezeichnete Klüften und Spalten im Gestein Richtung Oberfläche, trifft auf Grundwasser und löst sich in diesem.

Das kohlenstoffdioxidhaltige Wasser sammelt sich in Brunnen, die häufig speziell für diesen Zweck gebohrt wurden. Übersteigt der CO₂-Gehalt den Sättigungspunkt von Wasser, kann das Gas nicht weiter im Grundwasser angereichert werden. Zusätzlich herrschen ähnliche Druckverhältnisse der Wassersäule wie bei „echten“ Geysiren. Das nun nicht mehr im Wasser aufnahmefähige Kohlendioxid steigt in Aufstiegskanal nach oben unter einem entsprechend geringeren Druck der Umgebung. Das Gas dehnt sich aus und zieht im Sog des Aufstiegs Wasser mit sich. Anschließend fließt das Wasser in den Brunnen zurück und der Vorgang wiederholt sich regelmäßig.

In der Vergangenheit war es mitunter auch gängig, zusätzlich Waschpulver in Geysire zu geben. Die Tenside setzten die Oberflächenspannung des Wassers herab, weshalb der Zeitpunkt der Fontäne des Geysirs beeinflusst werden konnte.

Siehe auch:
⇒ Thermalwasser und Thermalquellen
⇒ Entstehung von Mineralen
⇒ Pazifischer Feuerring

Quellen:
⇒ Einarsson, Þ. (1994): Geologie von Island*
⇒ Bardintzeff, J.-M. (1999): Vulkanologie*
⇒ Krafft, M. (2001): Führer zu den Vulkanen Europas, 3 Bde., Bd.1, Allgemeines, Island*
⇒ Lange, H. (1992): Island. Insel aus Feuer und Eis*
- www.geyserstudy.org
- www.g-o.de - Yellowstone: Das Pulsieren der Magmakammern
- www.geysir-andernach.de
- www.wdr.de - Experiment: Wie funktioniert ein Geysir?

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Letzte Aktualisierung: 23. Juni 2021

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