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Technik im Physikunterricht - Technische Universität Braunschweig

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kommt desto größer

kommt desto größer werden die einzelnen Blasen und spätestens jetzt sollt jeder seine Nase blitzschnell in Sicherheit bringen. Mit den Blasen steigt die Wassersäule im Geysirschacht an, kurzzeitig kann sich sogar eine Wasserglocke bilden. Schließlich läuft das Wasser über, die Blasen durchschlagen die Wasserglocke. Kurz darauf folgt eine explosive Eruption von Wasser und Dampf, die binnen Sekunden oder Minuten zum Höhepunkt führt. Danach fällt die Eruptionssäule schnell zusammen. Das Wasser läuft teilweise zurück in den Geysirschacht, der erneut von unten mit Grundwasser aufgefüllt wird.“ Man kann diese Geschehnisse physikalisch interpretieren, wenn man die Vorgänge beim Ausbruch eines Geysirs der Reihe nach durchgeht. • Beim letzten Ausbruch ist ein Teil des Wassers im Hohlraum verloren gegangen, weil es durch den Schlund nach außen gespritzt worden ist. Das fehlende Wasser sickert aus den umliegenden Gesteinsschichten langsam nach, bis der Hohlraum wieder gefüllt ist. • Am Grund des Hohlraums herrscht ein Wasserdruck, der den Atmosphärendruck an der Oberfläche deutlich übersteigt. Der Schweredruck am Grund lässt sich nach der Formel: p(h) = p0 + ρ g h berechnen (ρ = Dichte des Wassers, p0 = Atmosphärendruck). Als Faustformel kann man sich merken: Mit der Tiefe nimmt der Druck alle 10 m um eine Atmosphäre (oder 1 bar) zu. Wenn wir für den Geysir eine Tiefe von 10 m annehmen, herrscht am Grund ein Druck von 2 bar (1 bar Atmosphärendruck + 1 bar Schweredruck). Das Wasser am Grund siedet also erst bei 120 ºC (s. o.). Abbildung 42: Wasser in 10 m Tiefe kann bis auf 120 Grad erhitzt werden, bevor es siedet • Durch die permanente Wärmezufuhr erhitzt sich das neu zugeflossene Wasser im Hohlraum. Wenn wir wieder von einem 10 m tiefen Hohlraum ausgehen, kann das Wasser am Grund im flüssigen Zustand über 100 ºC heiß werden. Erst bei 120 ºC bilden sich Dampfblasen, die nach oben steigen. 42

• Bis hierher ist noch nichts Außergewöhnliches passiert. Das Wasser im Hohlraum siedet wie in einem großen Kochtopf. Das Entscheidende passiert nun: Beim heftigen Sieden wird von den aufsteigenden Dampfblasen immer einmal wieder eine geringe Menge Wasser ausgestoßen (wie im Bericht oben beschrieben kann das Wasser auch überlaufen). Die Höhe der Wassersäule h über dem Grund des Hohlraums vermindert sich dadurch ganz geringfügig. Dadurch sinkt auch der Druck am Grund ein klein wenig. Er liegt jetzt (in unserem Beispiel) ein wenig unterhalb von 2 bar. Der Siedepunkt des Wassers am Grund sinkt wegen des verminderten Drucks ebenfalls unter 120 ºC. • Die Temperatur des Wassers am Grund, die sich ja durch diesen Vorgang nicht ändert und bei 120 ºC bleibt, liegt jetzt ein wenig über dem Siedepunkt. Das Wasser ist überhitzt und fängt heftiger an zu sieden. Oben, am Schlund des Geysirs wird wegen der zunehmenden Heftigkeit des Siedens mehr Wasser ausgestoßen. Damit sinkt aber der Druck am Grund noch weiter ab, und der ganze Prozess schaukelt sich in kurzer Zeit explosionsartig auf: Der Geysir bricht aus (Abbildung 43). Abbildung 43: Wird Wasser ausgestoßen, dann sinkt der Druck am Grund d) Demonstrationsexperiment: Künstlicher Geysir Sehr beeindruckend ist ein Demonstrationsexperiment, mit dem man die beschriebenen Abläufe beim Ausbruch eines Geysirs nachvollziehen kann. Im großen Maßstab ist dieses Experiment in einigen Science-Centern realisiert, aber es lässt sich auch im kleinen Maßstab nachbauen (Abbildung 44). 43

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