Geodynamo

Der Geodynamo ist ein Modell, dass herangezogen wird, um die Entstehung des Erdmagnetfelds zu erklären. Unter dem Einfluss physikalischer Kräfte rotiert im Äußeren Erdkern leitfähige Materie (geschmolzene Metalle) schraubenförmig. Zudem umhüllt die Metallschmelze den Inneren Erdkern aus festem Metall. Hierdurch entsteht ein Strom, der das Erdmagnetfeld erzeugt. Dieses Magnetfeld ist selbsterhaltend.

Die schraubenförmigen Strömungen in der Metallschmelze soll durch Temperaturunterschiede im Erdinnern entstehen. Gravitation und Erdrotation dienen als zusätzlicher Antrieb der Metallströmungen. Dieses Modell wurde in einem Versuchsaufbau mit flüssigem Natrium simuliert. Der Versuch wurde am Forschungszentrum Karlsruhe durchgeführt.

Frühere Überlegungen, dass es im Erdkern einen Permanentmagneten geben könnte, wurden mittlerweile widerlegt: der Erdkern ist 6000 Grad Celsius heiß. Bei solchen Temperaturen kann es keinen Permanentmagneten geben.

Der Geodynamo erzeugt das Erdmagnetfeld der Erde, welches die Erdoberfläche vor dem Bombardement mit kosmischer Strahlung schützt. Primär sind es Partikel des Sonnenwindes, die Auswirkungen auf Klima und Lebewelt haben können. Treffen besonders viele Sonnenwindpartikel auf der Erdmagnetfeld entstehen Polarlichter.

Der Geodynamo steht in direkter Wechselwirkung mit den Gesteinsschmelzen im unteren Erdmantel. Dort bilden sich Konvektionszellen aus Gesteinsschmelze, die für die Kontinentalwanderung verantwortlich sind. Sie bedingen auch einen Großteil des Vulkanismus auf der Erde. Die strömende Metallschmelze im Äußeren Erdkern gibt nicht nur Energie an die Konvektionszellen im unteren Erdmantel ab, sondern könnte auch Mantelplumes anheizen. Wissenschaftler der Universitäten von  Jilin und Nevada fanden in einer gemeinsamen Studie heraus, dass Mantelplumes viel tiefer wurzeln, als man bislang annahm. So könnten die Ströme aus geschmolzenen Metall auch Hotspot Vulkane auf Hawaii und anderswo beeinflussen. Zu diesem Schluss kamen die Forscher, weil das leicht flüchtige Element Helium an Hotspot Vulkanen freigesetzt wird. Das Helium scheint im unteren Erdmantel an Eisendioxid gebunden zu sein und bildet dort ein FeO2He Mineral. FeO2He ist nur unter extrem hohen Drucken und Temperaturen stabil, so wie sie im Grenzbereich des Unteren Erdmantel zum Oberen Erdkern vorkommen.

Geysir

Geysir ist der Sammelbegriff für heiße, vulkanische Springquellen, die eine Wasserfontäne fördern. Das Auswerfen der Wasserfontäne geschieht meistens periodisch. Wenn der Geysir ausbricht, nennt man diesen Vorgang „springen“. Alternativ kann man das Springen des Geysirs auch als Eruption bezeichnen.

Das Wort Geysir wurde in Island geprägt und stammt von geysa ab, was soviel wie „in Wallung bringen“ bedeutet. Wenn die Isländer schon das Wort Geysir prägten, dann ist es nahe liegend Island als Land der Geysire zu bezeichnen. Tatsächlich gibt es auf Island eine hohe Anzahl Geysire. Namensgebend war der „Große Geysir“ im Thermalgebiet von Haukadalur. Dort liegt auch der Strokkur. Er ist der aktivste Geysir der Insel.

Die meisten Geysire verdanken ihre Existenz dem Vulkanismus, oder Magmatismus. Für die Bildung eines Geysirs muss es ein hydrothermales System im Boden geben. Die Thermalenergie stammt in der Regel von einer Magma-Ansammlung (Magmenreservoir) im Untergrund. Es muss soviel Hitze nachkommen, dass das Wasser überhitzt und heißer als 100 Grad wird. Das benötige Wasser ist eine Mischung aus Grundwasser und Regenwasser. Als dritte Voraussetzung für das Entstehen eines Geysirs braucht man einen senkrechten Schacht mit einer Engstelle. In diesem Schacht sammelt sich das Wasser, welches sich von unten erwärmt. Durch den Druck der Wassersäule im Schacht, kann das Wasser zunächst nicht sieden, da sich der Siedepunkt erhöht. Doch irgendwann bilden sich einzelne Gasblasen. Sie steigen auf und heben das Wasser über der Engstelle an, welches aus dem Schacht überläuft. Es kommt zur Druckentlastung und rapider Dampfentwicklung, die das Wasser explosionsartig aus dem Schacht treibt. Der Geysir springt. Dabei wird eine Mischung aus Wasser und Dampf gefördert. Gelegentlich können Steine aus dem Schacht mitgerissen werden.

Tatsächlich gibt es die meisten Geysire der Welt nicht auf Island, sondern im Yellowstone Nationalpark in den USA. In dem Thermalgebiet gibt es mehr als 300 Geysire und geysirartige Quellen. Das ist mehr als die hälfte aller Geysire weltweit. Zu den bekanntesten Geysiren hier zählen Old Faithful, Castle- und Steamboat Geyser. Letzterer springt seit 2018 regelmäßig und ist der größte Geysir der Erde.

Weitere bedeutende Geysire gibt es auf Neuseeland, in Kamtschatka und der chilenischen Hochgebirgswüste Atacama. Hier gefriert das Wasser oft, bevor es den Boden erreicht.

Kaltwasser-Geysire

Eine besondere Geysir-Art sind die Kaltwasser-Geysire. Treibende Kraft hinter diesen Geysiren ist nicht geothermaler Wasserdampf, sondern das Gas Kohlendioxid. Dieses sammelt sich in einer Kappe unterhalb des Schachts, bis soviel Gas vorhanden ist, dass es die Wassersäule aus selbigen treibt. Die meisten Kaltwasser-Geysire wurden durch künstliches aufbohren von Kolhensäurequellen erzeugt. Bekanntes Beispiel ist hier der Andernacher Kaltwassergeysir in der Vulkaneifel.