3. Причины возникновения

Появление гейзеров на поверхности обусловлено наличием в глубине напорных термальных вод с температурой значительно выше 100° С. Только в этом случае существованием на возможно интенсивное парообразование в процессе подъема воды вверх, уменьшение объемного веса и как следствие извержение пароводяной смеси. Перерыв в извержении, что отличает гейзеры от постоянно действующих кипящих источников, связан с опережающим движением пара по каналу гейзера, самоохлаждением воды, а также несбалансированным поступлением перегретой воды по сравнению с возможностью выброса пароводяной смеси из канала с относительно большим сечением. На глубине в несколько сотен метров происходит быстрое повышение температуры воды до точки кипения. Выводной канал гейзера имеет изгибы, препятствующие выходу на поверхность пара и охлаждению воды путем конвекции (4, стр. 92).Полагают, что бoльшая часть изверженной воды поступает в канал гейзера через трещины с поверхности земли. Однако высокие температуры горных пород указывают на присутствие недавно застывшей или застывающей магмы на небольшой глубине; следовательно, часть воды может быть и магматического происхождения. Щелочные воды гейзеров содержат растворенный кремнезем. Края такого бассейна и прилегающей к нему площадки покрыты отложениями содержащегося в кипятке кремнезема. Эти отложения называются гейзеритом. Около некоторых гейзеров образуются конусы из гейзерита высотой до нескольких метров (См. Рис. 4).

Рис. 4. Отложения кремнезема.

Многие гейзеры окружены натеками разноцветного гейзерита, которые покрывают иногда большие площади. Так, например, около самого большого камчатского гейзера Великан, выбрасывающего фонтан высотой в несколько десятков метров, образовалась площадка гейзерита примерно в гектар. Она вся покрыта натеками в виде маленьких каменных розочек серовато-желтого цвета. Неподалеку находится гейзер Жемчужный, названный так по форме и цвету отложений гейзерита. Гейзер Сахарный окружен красивыми отложениями нежно-розового гейзерита.

4. Классификация

Гейзер функционирует циклически. Состояние покоя сменяется наполнением внутреннего пространства водой, выхода её наружу в виде фонтана и выбросов пара. Фонтанирование постепенно переходит в более спокойное выделение, которое затем прекращается вообще.Различают регулярные и нерегулярные гейзеры. У первых продолжительность цикла в целом и его отдельных стадий почти постоянна, у вторых — изменчива, у разных гейзеров продолжительность отдельных стадий измеряется минутами и десятками минут, стадия покоя длится от нескольких минут до нескольких часов или дней. Вода, выбрасываемая гейзерами, относительно чистая, слабо минерализованная (1—2 г на литр), по химическому составу — хлоридно-натриевая или хлоридно-гидрокарбонатно-натриевая, содержащая относительно много кремнезёма, из которого у выхода канала и на склонах образуется близкая к опалу порода — гейзерит. Главная масса воды гейзеров — атмосферного происхождения, возможно, с примесью магматической воды. Деятельность гейзеров в целом относительно кратковременна и зависит от ряда условий — уменьшения теплового потока, прекращения у каналов гейзера движения подземных вод (2, стр.144-167).Внешне гейзер напоминает усечённый конус с крутыми склонами. Правда, есть и другие варианты. Так, иногда они выглядят как низкие пологие купола, чашеобразные углубления, котловины, ямы неправильной формы. На дне или на стенах гейзеров расположены выходы каналов, через которые и поступает вода. Гейзеры могут иметь вид небольших усечённых конусов с достаточно крутыми склонами, низких, очень пологих куполов, небольших чашеобразных углублений, котловинок, неправильной формы ям, в их дне или стенках находятся выходы трубообразных или щелеобразных каналов,связанные с лавой.

Некоторые гейзеры выбрасывают воду совсем невысоко или только разбрызгивают ее. Бывают горячие источники, похожие на лужи, в которых вода кипит пузырями. Обычно вокруг гейзера есть бассейн или неглубокий кратер поперечником в несколько метров. Края такого бассейна и прилегающей к нему площадки покрыты отложениями содержащегося в кипятке кремнезема. Эти отложения называются гейзеритом. Около некоторых гейзеров образуются конусы из гейзерита высотой до нескольких метров (6, стр.146).

5. Распространение и масштабы проявления

Распространены гейзеры в областях современных или недавно действовавших вулканов, особенно в Исландии. Помимо Исландии гейзеры широко развиты в США, штат Вайоминг, в Новой Зеландии, на Камчатке, в Японии. Среди природных достопримечательностей США особенно выделяются национальные парки, одним из самых известных является Иеллоустонский с долиной гейзеров, который насчитывает многочисленные горячие источники и 200 действующих гейзеров. Это плоскогорье, изрезанное глубокими долинами рек и впадинами озер, окруженное высокими снежными хребтами Скалистых гор. Несколько миллионов лет назад здесь происходили, очень сильные вулканические извержения, в результате которых возник этот удивительный уголок природы. Самый знаменитый гейзер Йеллоустонского парка — Старый Служака. В течение многих лет он не прекращает своей деятельности (5, стр. 140-142).Гейзеры есть во многих точках Земли: в Чили, Перу, Гондурасе, Гватемале, Коста-Рике, в Мексике и некоторых горных и прибрежных районах запада США: Неваде, острове Унимак у полуострова Аляска. В Атлантике они известны на Азорских островах, в Африке - в Кении, в Азии – в Тибете. Гейзеры отмечены также в Новой Гвинее и на ряде мелких островов Индонезии. Некоторые из упомянутых гейзеров уже прекратили свое существование, в том числе относительно недавно, в 20-м столетии. К сожалению, по общедоступной литературе всю хронику таких событий уточнить сложно. Лишь кратковременно, как последствия новейшей вулканической активности, существовали многие гейзеры в Центральной и Южной Америке, сейчас угасли 3 ранее широко известные гейзеры на о. Хонсю в Японии. Старые гейзеритовые щиты свидетельствуют о существовании некогда гейзеров в Чехии и Италии. На Камчатке в настоящее время уже нет гейзеров на Большебанных и Паужетских источниках. Сейчас на Камчатке, помимо Долины Гейзеров, лишь два небольших гейзера действуют среди горячих источников Академии Наук на берегу озера Карымское (с 1996 г.). Следует заметить, что немало искусственных гейзеров, подчас довольно крупных, созданы на геотермах Японии и на западе США (штаты Юта, Орегон, Калифорния).В Исландии действует около 30 гейзеров, среди которых выделяется Прыгающая Ведьма (Грила), извергаюший пароводяную смесь на высоту 15 метров приблизительно через каждые 2 часа. На острове также расположены один из самых активных гейзеров мира — Строккур, извергающийся каждые 5-10 минут, и Гейсир (Старый Гейсир), наиболее известный гейзер, давший наименование явлению.Среди гейзеров Йеллоустонского национального парка (около 200) самые большие — Гигант и Старый Служака. Первый выбрасывает пар и воду на высоту до 40 метров с периодом в 3 дня, второй — на высоту 42 метров через каждые 53—70 минут.

6. История открытия и исследования

Гейзеры Исландии.

История открытия гейзеров Исландии не до конца понятна и ясна. Но можно предположить, что гейзеры известны с давних времен. Рассказы об извергающихся водных источниках могли стать в устах очевидца недостоверными фактами и не были восприняты всерьез. Однако в то время, очевидно, не особо заботились о накоплении знаний об окружающей территории и гейзеры с прилегающими к ним живописными долинами, отличающиеся разнообразием флоры и фауны оказались скрыты от человеческих глаз. Хотя Исландия начала осваиваться викингами с 867 г., первые сведения в исландских хрониках о Большом Гейзере относятся лишь к 1294 г. (8, стр.130). До этого европейцам, длительный период отбивавшимся (чаще — безуспешно) от нашествий викингов, видимо было не до приобщения к географическим открытиям норманнов. Само же понятие “гейзер” еще долго затем не укоренялось в европейской научной терминологии и закрепилось, видимо, лишь в начале 19-го столетия. У каждого замечательного географического открытия, как правило, есть интригующая предыстория. Гейзеры — не исключение. Весьма вероятно, что среди первых очевидцев извержений мощных исландских гейзеров, был Снорри Стурлусон, первый летописец формировавшейся исландской нации, и Эйрик Рыжий, один из первооткрывателей Гренландии и его сын, Лейф Счастливый, первым из европейцев, увидевший берега Америки.

Гейзеры камчатки.

Фонтаны кипящей воды европейцы впервые увидели в Исландии. Затем гейзеры были открыты в Новой Зеландии. Наконец, в Северной Америке — в Йеллоустоне. Можно, правда, еще вспомнить, что С. П. Крашенинников наблюдал фонтанирующие источники на юге Камчатки. Гейзерные проявления описаны в Японии, Калифорнии, Новой Гвинее, Тибете. Однако типичные гейзеры до 1941 года были известны только в трех местах земного шара. Тем интересней и значительнее история открытия камчатских гейзеров.

Рис. 5. Расположение гейзеров в долине р. Гейзерная.

Для теперешнего поколения эпоха великих географических открытий давно миновала. Земля изучена основательно. Но вот недавно, немного более 40 лет назад, не в глубинах Африки и не в Антарктиде, а в России произошло настоящее географическое открытие. Т. И. Устинова, исследовавшая вместе со своим спутником А. М. Крупениным истоки реки Шумной, открыла Долину гейзеров на Камчатке.

Камчатский полуостров к 1941 году был изучен достаточно подробно. Еще в XVII веке русский первооткрыватель Владимир Атласов немало походил по Камчатке. В XVIII веке глубокое географическое и этнографическое исследование полуострова провел русский путешественник, академик Степан Петрович Крашенинников. Его описание земли Камчатки с привлечением материалов натуралиста Г. В. Стеллера остается до сих пор живым и одновременно классическим трудом.

Карл фон Дитмар, чиновник особых поручений по горной части в 1822—1892 годах он много путешествовал по камчатской земле. На весельной шлюпке с несколькими матросами проплыл вдоль восточного ее побережья от Авачинской бухты до устья реки Камчатки — подвиг, может быть, не повторенный до сих пор. В записках Дитмара, изданных Императорской Академией наук, описаны вулканы Кихпиныч и Узон, между которыми находится Долина гейзеров.

В начале XX века будущий президент Академии наук СССР В. Л. Комаров, двигаясь от того же Узона к Кихпинычу, прошел буквально по краю Долины. Более того, он видел клубы пара, поднимающегося из нее, но принял их за фумаролы (парогазовые выходы), которых так много у вулканов Камчатки.

Основные условия возникновения гейзерного режима были определены в ходе исследования пароводяных скважин Паужетского месторождения. Позднее математические расчеты подтвердили, что периодическая работа гейзеров связана с проводящей способностью канала при течении двухфазной смеси в системе пласт. Из этих публикаций следует, что при неизменных условиях в пласте (температура термальной воды, пластовое давление, водопроводимость) и постоянстве сечения канала (ствола скважины) периодичность гейзера или работы скважины с гейзерным режимом будет постоянной, с правильным ритмом. Однако гейзеры Камчатки отличаются разнообразием деятельности, а их периодичность изменяется в отдельные промежутки времени, на что обратила внимание еще Т.И. Устинова (3, стр. 70-81).Наблюдения вначале на гейзерах Паужетки и затем в Долине Гейзеров показали, что периодичность гейзеров изменяется под воздействием метеорологических факторов и уровня режима поверхностных водотоков.

Продолжительность работы гейзеров фиксировалась на диаграмме регистрирующих приборов-уровнемеров типа Валдай и ГР-38. Уровнемеры устанавливались в ручье или лотке, отводящих воду гейзера при изливе воды или фонтанировании таким образом, чтобы вода при начале излива касалась поплавка прибора. Движение поплавка передавалось барабану, на котором происходила запись уровня при изливе и фонтанировании. Горизонтальная запись самописца на диаграмме соответствует периоду, когда воды на поверхности нет, т. е. стадии наполнения воронки гейзера. Вертикальный подъем линии на диаграмме означает начало стадии фонтанирования. Моменты фонтанирования четко отражены на диаграммах всех гейзеров, поэтому продолжительность цикла наиболее точно определяется по расстоянию между пиками фонтанирования.На Камчатке впервые гейзеры русские первопроходцы обнаружили, вероятнее всего, в ноябре — декабре 1703 г. Это были казаки Р. Преснецов, И. Могилев и Т. Смердов, посетившие термы на речках Паужетке и Банной (3, стр. 70-72).Первооткрыватель Татьяна Ивановна Устинова, геолог заповедника, вместе с проводником Крупениным, пытаясь найти ответ на вопрос, почему вода в одной из рек теплее, чем в других, угодила под струю гейзера. Этот гейзер впоследствии был назван «Первенцем». Так было сделано одно из крупнейших географических открытий двадцатого века.Летом того же года заповедник организовал специальный выезд для обследования этой теплой речки. Достичь ее удалось со стороны верховий. В результате осмотра в долине было обнаружено несколько крупных гейзеров и множество активно пульсирующих горячих источников разной величины, в том числе весьма мощных.То, что эти гейзеры не были известны до 1941 г., объясняется расположением их в удаленной от населенных пунктов и весьма труднодоступной местности на территории Кроноцкого заповедника. Охотники не посещали этих районов, экспедиции обычно не попадали туда, а немногие, бывавшие поблизости, не спускались в крутостенную труднодоступную долину реки Гейзерной.Крупные гейзеры на Камчатке были обнаружены в 1942 году в долине реки Гейзерной (Долина Гейзеров), вблизи вулкана Кихпиныч. Всего на Камчатке до схода селевого потока 3 июня 2007 года было около 100 гейзеров, из них около 20 — крупных, по величине и силе извержений не уступающих действующим гейзерам Исландии, Йеллоустонского национального парка США и Новой Зеландии. Самый большой гейзер Камчатки — Великан, выбрасывающий струи воды высотой 40 метров и пара высотой несколько сот метров.Глубокое тектоническое ущелье, в теснине которого столь компактно “укрылись” многочисленные гейзеры (туристический термин “Долина Гейзеров” с позиций геоморфологии очень неудачен), надежно скрыт для обзора с побережья массивом вулкана Кихпиныч. Его постройки возвышаются и господствуют над окрестными территориями. Очень вероятно, что психологическое воздействие частой активной деятельности этого самого молодого из голоценовых вулканов Восточной Камчатки (7, стр. 75) было настолько весомо, что никогда и никто из аборигенов, расселявшихся вдоль побережья Кроноцкого залива, даже не приближался к Долине Гейзеров. Возраст людских поселений здесь датируется максимум 2500 годами (3, стр. 137 ). В указанный период вулкан многократно имел возможность продемонстрировать предкам ительменов их наихудшие опасения и активно участвовал в формировании их мифологии. Наиболее мощно свою активность Кихпиныч проявил около 600 лет назад, заключительные же извержения имели место всего несколько сот лет назад. По неподтвержденной версии Кихпиныч с ительменского переводится, как “Огненная река”. Во всяком случае, это была бы весьма адекватная, образная реакция, долгоживущее в памяти поколений, “запечатление” аборигенами движения мощных раскаленных лавовых потоков, память о которых, вероятнее всего, хранили потомки очевидцев этих событий и в зиму 1739 г.

Более поздние исследования, начались наиболее интенсивно с построением научного стационара в 1972 г. Знаменательным “аккордом“ в познании этого уникального объекта является открытие в 1975 г. В.Л. Леоновым и В.С. Каляевым “Долины Смерти“. Хотя мофеты и фумаролы в верховьях р. Гейзерной были обследованы еще в 1941 г., после обнаружения массовой гибели здесь животных, последующие анализы показали, что столь своеобразный газовый “коктейль” резко выделяет камчатскую “Долину Смерти” от аналогичных, достаточно простых по составу, преимущественно “углекислых” западин, понижений в вулканических районах. Феномен Долины Смерти лишний раз доказал, что многообразное проявление поствулканической деятельности в долине р. Гейзерной не уступает своеобразию аналогичных районов в Исландии, Йеллоустоне и Новой Зеландии.

Гейзеры Америки.

Территория Yellowstone National Park была открыта экспедицией М. Льюиса и В. Кларка в 1805 году.

Рис. 6. Йеллоустонский национальный парк, штат Вайоминг

Только в 1807 г. американский траппер Джон Колтер, отделившийся от экспедиции М. Льюиса и В. Кларка, первым “из бледнолицих” набрел на гейзеры и прочие, потрясшие его воображение, достопримечательности Йеллоустона ( см. рис.6) . Но еще несколько десятилетий спустя его рассказы об увиденном вызывали лишь дружный скепсис слушателей, как типичные байки охотника, одичавшего за полгода в окружении исключительно индейском. До первой профессиональной информации (сообщение Куна и Фальстона в Геологическом комитете США в 1869 г.) о наиболее грандиозном (как впоследствие оказалось) проявлении гейзеров на Земле, прошло немало времени. Незадолго до этого примечательного события в проповеди миссионера Р. Тейлора впервые (в 1850 г.) упоминается о гейзерах в другом полушарии света: в Новой Зеландии, в местечке Оракеикорако. Книга путешествий лорда Д. Маккензи на острове Исландия, изданная в 1811 г. наконец привлекла серьезных исследователей к этому явлению. Известный химик Р. Бунзен, затем другие исследователи исландских гейзеров заложили научные основы в этой области. Импульс к изучению мощных новозеландских гейзеров придала публикация в 1867 году Ф. фон Хольстеттера.Но лишь в 1869 году здесь появилась первая научная экспедиция, исследовавшая гейзеры и горячие источники. По результатам этой и нескольких последующих экспедиций, президент Улисс Грант подписал закон о создании первого в мире природного охраняемого государством парка.

Yellowstone National Park был основан в 1872 году и стал первым в мире Национальным парком. Парк знаменит многочисленными гейзерами и горячими источниками. Но не менее интересен он своим животным миром, водопадами, живописными ландшафтами. 80% территории покрыта лесом. В 1988 году в результате катастрофических пожаров выгорела треть, но теперь некогда голые склоны вновь покрыты молодой порослью. В северо-восточной части находится один из крупнейших в мире окаменелых лесов. Парк почти целиком расположен в штате Вайоминг на одноименном плато, на средней высоте примерно 2400 м над уровнем моря. Почти со всех сторон плато ограничено хребтами высотой от 2700 до 3400 метров над уровнем моря. Ученые считают, что в районе парка магма находится всего в 40 милях от поверхности земли, в то время как обычно эта глубина достигает 90 миль.

Гейзеры Новой Зеландии.

Мощный и самый красивый гейзер Новой Зеландии — Тетарата, который располагался на террасированном холме из розового кремнистого туфа, исчез во время извержения вулкана Тараверы в 1886 году. Другой новозеландский гейзер — Уаимангу — самый большой и мощный на Земле — действовал нерегулярно с периодом от 5 до 30 часов с 1899 года по 1904 год. Он выбрасывал при каждом извержении около 800 тонн воды, и захваченные струей камни поднимались до высоты 457 метров. Действие гейзера прекратилось вследствие понижения на 11 метров уровня воды в соседнем озере Таравера. Из современных новозеландских гейзеров выделяется Похуту, периодически фонтанирующий на высоту 20 метров.

В 1642, голландский исследователь Абель Тасман приблизился к западному побережью Новой Зеландии; но любые мысли о пребывании на острове исчезли после того, как нескольких членов его команды убили и съели аборигены. В 1769, капитан Джеймс Кук проплывал около двух главных островов на борту своего "Endeavour". Он и установил первый контакт с Маори (не обошлось без применения силы), сразу распознав все выгоды этого острова и раскрыв потенциал новооткрытой земли, а потом и захватил эту территорию для британской короны перед тем, как отплыть далее, в Австралию.