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Physik im Alltag und Naturphänomene

Der weltgrößte Kaltwasser-Geysir aus dem Geist des Sprudelwassers

Vor kurzem hatte ich die Gelegenheit, den größten Kaltwasser-Geysir der Welt beim Ausbrechen und anschließenden Zusammenbrechen zu beobachten – und das aus nächster Nähe. In Andernach am Rhein ist dieses mit etwas menschlicher Nachhilfe zustande gekommene Naturschauspiel mehrmals am Tage zu erleben.
Anders als die bekannten Geysire in Island und anderswo, die mit Wasserdampf angetrieben werden, bezieht dieser Kaltwassergeysir seine Energie im Wesentlichen aus der Tendenz von Kohlenstoffdioxidgas, CO2, sich in Wasser aufzulösen.
Von CO2 haltigen Getränken weiß man, dass sie ohne es äußerlich erkennen zu lassen dieses Gas in sich gelöst haben. Man kann es in spektakulärer Weise erfahren, wenn man eine vorher geschüttelte Flasche mit Sprudelwasser öffnet. Der Druck wird dadurch drastisch verringert und überall in der Flasche entstehen Gasblasen, die beim Entweichen einen Teil des Wassers mit sich nehmen:
CO2 haltiges Wasser entsteht oft natürlicherweise tief in der Erde. So auch bei Andernach, wo Magma-Vorkommen für die Entwicklung von CO2 sorgen. Obwohl das darüber befindliche Schiefergestein ziemlich undurchlässig ist, sorgen Risse und Brüche im Gestein dafür, dass das Gas aufsteigt und zu den mehrere hundert Meter unter der Erdoberfläche befindlichen Grundwasserschichten gelangt. Da diese unter einem relativ hohen Druck stehen, lösen sich beachtliche Mengen CO2-Gas im Grundwasser.
Diese Situation wurde dadurch ausgenutzt, dass man einen Brunnen bis in die Wasserschichten getrieben und anschließend mit einem bis zur Erdoberfläche reichenden Rohr versehen hat. Es kann nicht nur in den tieferen Bereichen CO2 haltiges Wasser aufnehmen, sondern durch seitliche Zugänge auch in größeren Höhen. Das unter Druck stehende Wasser steigt langsam im Rohr auf bis es schließlich randvoll ist.
Weil es mit zunehmender Höhe durch das eigene Gewicht einen wachsenden (hydrostatischen) Druck aufbaut, bedeutet diese Verbindung mit der Außenwelt anders als bei der geöffneten Sprudelflasche zunächst noch keine ausreichende Entlastung, um in nennenswerter Weise CO2 auszugasen. Doch sobald die den unterschiedlichen Höhen entsprechenden Löslichkeitsgrenzen im Wasser überschritten werden, entwickeln sich CO2-Gas-Blasen. Diese steigen in der Wassersäule auf und bewirken, dass das Volumen im Rohr zunimmt und damit die Dichte abnimmt. Denn in dem Maße wie Gas entsteht, läuft das nunmehr randvoll mit Wasser gefüllte Rohr über. Da die aufsteigenden Blasen außerdem mit zunehmender Höhe einen immer kleineren hydrostatischen Druck spüren, dehnen sie sich auch noch aus, womit die Dichte des Wasser-Gas-Gemischs zusätzlich abnimmt. Weil dadurch trotz konstanter Höhe der Wasser-Gas-Säule der hydrostatische Druck sinkt, nimmt auch die Löslichkeitsgrenze des CO2 ab. Die Ausgasung wächst entsprechend, was wiederum eine Druckabnahme bedingt und die Löslichkeit verringert usw. Wir haben es also aufgrund dieser positiven Rückkopplung mit einem sich selbst verstärkenden Prozess zu tun, der zu dem eruptionsartigen Ausbruch des Geysirs führt.
Entscheidend für diese Entwicklung ist die Einengung des gashaltigen Wassers in einem engen Rohr. Denn dadurch werden die Druckentlastung und die damit verbundene Gasabgabe an die Außenwelt so stark verzögert, dass sie ihrerseits in dieser Zeitspanne beschleunigend auf die Gasabgabe wirken kann. Bei einer großflächigen Verbindung mit der Außenwelt hätte kein genügend großer hydrostatischer Druck aufgebaut werden können, der eine derart rasante Ereignisabfolge ermöglicht hätte.
Die Ausbruchdauer des Geysirs ist auf ca. 8 Minuten beschränkt. Dabei kann er sich bis zu einer Höhe von 60 m erheben. Nach dieser Zeit sackt die Wasserfontäne schließlich in sich zusammen und hinterlässt dieselbe scheinbare Ereignislosigkeit wie vor dem Ausbruch. Doch der Schein trügt, denn tief im Innern füllt sich der entleerte Brunnen allmählich wieder mit CO2 haltigem Wasser und schafft nach ca. 100 Minuten die Bedingungen für einen erneuten Ausbruch. Es sei denn man verschließt den Brunnen und verhindert den Überlauf.
(Im rechten Bild ist der Geysir in voller Entfaltung, im linken (anderer Maßstab) in der Anfangsphase).

 

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Diskussionen

4 Gedanken zu “Der weltgrößte Kaltwasser-Geysir aus dem Geist des Sprudelwassers

  1. Etwas ganz Neues!
    Ich muß das ein zweites Mal goutieren.

    Danke!!

    Verfasst von kopfundgestalt | 18. August 2018, 00:36
  2. Vielen Dank für den sehr informativen Artikel. Daß wir hier in Deutschland sowas haben, ist mir neu.

    Verfasst von ch | 21. August 2018, 18:28

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  1. Pingback: Die künstlerische Rückseite eines Geysirs | Die Welt physikalisch gesehen - 22. August 2018

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