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Präsentation Geothermie und Allg. Hydrogeologie

Fachgebiet Geohydraulik und Ingenieurhydrologie Prof. Dr. rer. nat. Manfred Koch. Yellowstone – Geysire und Vulkanismus. Präsentation Geothermie und Allg. Hydrogeologie. Ein Vortrag von Sascha Ries. 1. Einführung und Grundbegriffe 1.1 Geysire - Eigenschaften - Klassifikation

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Präsentation Geothermie und Allg. Hydrogeologie

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Presentation Transcript

  1. Fachgebiet Geohydraulik und Ingenieurhydrologie Prof. Dr. rer. nat. Manfred Koch Yellowstone – Geysire und Vulkanismus PräsentationGeothermie und Allg. Hydrogeologie Ein Vortrag von Sascha Ries

  2. 1. Einführung und Grundbegriffe 1.1 Geysire - Eigenschaften - Klassifikation - Falsche Geysire - Vorkommen 1.2 Vulkanismus - Plattentektonik - Klassifizierung - Vorkommen 2. Der Yellowstone Nationalpark 2.1 Grundlegende Informationen 2.2 Geysire im Nationalpark 2.3 Der Yellowstone Supervulkan Gliederung

  3. Das Wort Geysir stammt von dem alten isländischen Verb „gjose“ – ausbrechen , erruptieren • Begriff bezieht sich auf eine heiße Quelle, die in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen explosionsartig einen Teil oder den gesamten Inhalt ihres Reservoirs explosionsartig ausstößt Eigenschaften von Geysiren • Dazu sind spezielle geologische Bedingungen notwendig • Geysire sind von 4 Faktoren abhängig: • Wärmequelle (Plume) • Wasserreservoir • Wasserversorgung in Form eines Grundwasserleiters • Öffnung+Verengung zum Leitungssystem Strokkur Geysir, Island

  4. Funktionsweise: • Zunächst füllt sich das Leitungssystem (Wasserreservoir) mit Grund- und Sickerwasser • Das Wasser im Leitungssystem erwärmt sich durch die Wärmequelle im Erdinneren (bspw. Magmakammer) • Durch den Druck der darüber stehenden Wassersäule siedet das Wasser zunächst nicht (Siedepunktserhöhung) • Erst nachdem Temperatur des Wasserreservoirs über den Siedepunkt gestiegen ist, steigen Dampfblasen durch die Engstelle des Kanals und pressen einen Teil der Wassersäule nach oben • Rapider Druckabfall im unteren Teil der Wassersäule => schlagartiger Übergang von überhitztem Wasser im Dampf Eigenschaften von Geysiren (2)

  5. Ausbruch des Strokkur Geysir in Island (Heißwassertal Haukadalur) • Höhe: 25-35m ; Intervall: 3-5min Eigenschaften von Geysiren (3) Quelle: Youtube

  6. Nach Rinehart gibt es 6 verschiedene Reservoirtypen: Klassifikation von Geysiren Quelle: Rinehart, John S.: Geysers and Geothermal Energy

  7. Nach Rinehart gibt es 6 verschiedene Reservoirtypen: • Typ A: unterirdisches Reservoir mit langem Eruptionskanal verbunden, welcher oberirdisch in einem nicht getauchtem Kegel mündet (Cone Typ). Regelmäßige, lange Eruptionen mit hoher Eruptionssäule als Wasser- und Dampfstrahl (Bsp.: Old Faithful im Yellowstone Park). • Typ B: Tiefer, enger Eruptionskanal ohne unterirdische Kammer mit nahezu ebener Mündung. Kurze heftige Eruptionen (Bsp.: Round-Geysir im Yellowstone Park). • Typ C: Ähnlich Modell A, jedoch Mündung des Eruptionskanals knapp unter der Wasseroberfläche eines Teiches. Eruptionen wie Modell A aber mit gestörtem Wasserstrahl (teilw. hochgeworfene Wasserschwalle) • Typ D: Ähnlich Modell C, jedoch münden in den Eruptionskanal mehrere Seitenkammern. Meist eine Serie von Eruptionen mit unregelmäßigen kurzen Pausen und Gruppen von Ausbrüchen. Klassifikation von Geysiren (2)

  8. Nach Rinehart gibt es 6 verschiedene Reservoirtypen: • Typ E: Eruptionskanal führt von einer großen unterirdischen Kammer in einen Teich. Lange, meist regelmäßige Eruptionen mit niedriger Eruptionssäule in Form eines Wasserschwalls. • Typ F: Tiefer, langer Eruptionskanal mündet in einem Teich. Eruptionsverhalten wie Modell E Klassifikation von Geysiren (3)

  9. Des Weiteren gibt es zwei grundsätzlich unterschiedliche Arten von Geysiren: • Kegel- oder düsenartigen Geysir (engl.: Cone or Columnar Geyser): Klassifikation von Geysiren (4) • - schmaler Wasser- und Dampfstrahl • - kein oder nur sehr kleiner Teich (keine Beeinflussung des Wasserstrahls) • - Ausgeworfene Wasser darf sich nicht im tieferem Becken über dem Eruptionskanal sammeln • - Reservoirtyp A oder B (Bsp.: Old Faithful im Yellowstone Nationalpark) Old Faithful, Yellowstone

  10. Des Weiteren gibt es zwei grundsätzlich unterschiedliche Arten von Geysiren: • Springbrunnenartiger Geysir (engl.: Fountain or Pool Geyser) Klassifikation von Geysiren (5) • - befinden sich in einem Teich • - Eruption in einem Schwall anstatt eines scharfen Strahls • - Mehrere Ausbrüche innerhalb einer Eruption • - Reservoirtyp D bis F (bspw.: Grand Geysir im Yellowstone Nationalpark Grand Geysir, Yellowstone

  11. Künstlicher Geysir: • Anbohren von Höhlen oder Aquiferen mit ausreichender Grundwasserversorgung in geothermisch aktiven Gebieten • Bsp.: Old Faithful of California oder Soda Springs in Idaho • Kaltwassergeysir: • Druck im Eruptionskanal nicht durch Wasserdampf sondern durch plötzlich ausperlendes Kohlendioxid (in Wasser gelöst oder in Höhlen austretend) • In Deutschland: Geysir Andernach (mit 60m höchster Kaltwassergeysir der Welt, Intervall ca. 100min); Wallende Born (Höhe 2-4m, Intervall ca. 35 min) • Kontinuierlich ausbrechender Geysir: • Im eigentlichen Sinn Thermalquelle, welche ständig heißes Wasser und Wasserdampf ausstößt • Bsp.: Fly Geyser von Gerlach in Nevada Falsche Geysire

  12. Insgesamt 6 größere Geysirfelder: • USA – Yellowstone Natinalpark: ca. 300 aktive Geysire • Russland – Kronozki Nationales Biosphärenreservat Kamtschatka: das Tal der Geysire mit ca. 200 aktiven Geysiren • Neuseeland – Nordinsel: 51 aktive Geysire • Chile – El Tatio: 38 aktive Geysire • Island – Haukadalur: 26 aktive Geysire • USA – Alaska (Umnak Island): 8 aktive Geysire • Daneben existieren vereinzelt Geysire in: • USA (Nevada, Kalifornien, Oregon), Papua-Neuguinea, Neubritannien, Indonesien, Peru, China, Fidschiinseln, Japan, Kenia, Äthiopien, Bolivien, Myanmar Vorkommen von Geysiren

  13. Vorkommen von Geysiren (2) World Geysir distribution, Quelle: Wikipedia

  14. Beschreibt die großräumigen tektonischen Vorgänge in der Lithosphäre (Erdkruste und oberster Erdmantel) • Aufgrund Mantelkonvektion: Wärme- transportmechanismus zwischen Oberfläche und Erdkern • Durch Bewegung der Lihosphären- platten ergeben sich geologische Phänomene • Entstehung von Faltengebirgen, Tiefseerinnen, die wiederum zu sekundären Phänomenen wie Erd- beben und Vulkanismus führen Vulkanismus – Plattentektonik Aufbau der Erde, Quelle: Planet Wissen

  15. Vulkanismus – Plattentektonik (2) • Lithosphäre in sieben große (Kontinentalplatten) und weitere kleine Platten gegliedert • An den Plattengrenzen gibt es 3 Bewegungen: • Divergierende Platten: Platten driften auseinander  Neubildung von Lithosphäre (Vulkanismus und Erdbeben) • Konvergierende Platten: bewegen sich aufeinander zu (Überschiebung) •  Subduktionszone hat Gebirgsbildung zur Folge • Konservative Platten (Transformstörung): Platten gleiten ruckartig aneinander vorbei (Erdbeben) Lithosphärenplatten, Quelle: Wikipedia

  16. Anhand der Plattenbewegungen können Vulkanen nach dem jeweiligen tektonischen Ort klassifiziert werden: • Vulkanismus auf mittelozeanischen Rücken • Intraplattenvulkanismus/Hot-Spot-Vulkanismus • Seamounts/Vulkaninseln • Intrakontinentale Vulkane • Vulkanismus in Subduktionszonen Klassifizierung von Vulkanen

  17. Klassifizierung auch morphologisch möglich: Klassifizierung von Vulkanen (2) Klassifizierung morphologisch, Quelle: Wikipedia

  18. Klassifizierung auch morphologisch möglich: Klassifizierung von Vulkanen (3) Schildvulkan Lavadom Schichtvulkan Schlackenvulkan Caldera Maare Tafelvulkan

  19. Vorkommen von Vulkanen Vulkane der Erde, Quelle: Global Volcanism Program

  20. Die größten und berühmtesten Vulkane: • Ätna auf Sizilien – der am häufigsten ausbrechende Vulkan • Mauna Loa auf Hawaii – größte aktivste Vulkan der Welt (4170m ü. NN) • Mauna Kea auf Hawaii – größte inaktive Vulkan der Welt (4205m ü. NN) • Aconcagua in Argentinien – größte Vulkan auf dem Festland (6959m) • Nevado Ojos del Salado in Chile – zweitgrößte Vulkan (6893m) • Vesuv in Neapel – Kammer in 5km tiefe • Stromboli nahe Sizilien – letzter Ausbruch 2002 • Kilimandscharo in Tansania – 5895m • Popocatépetl in Mexico – Zwillingsvulkan, letzter Ausbruch 1994 Vorkommen von Vulkanen (2)

  21. Gründung am 1. März 1872 – älteste Nationalpark der Welt • Name stammt vom gleichnamigen Fluss „Yellowstone River“ • Lage: • Hochebene ca. 2500 m ü. NN • Fläche von ca. 8987 km² • In den Bundesstaaten Wyoming (96%), Montana (3%) und Idaho (1%) • Nord-Süd-Ausdehnung 102km; Ost-West- Ausdehnung 87km • Bekannt für seine geothermalen Aktivitäten (Geysire, Schlammtöpfe,etc.) und für seltene Wildtiere (Bisons, Grizzly´s, Wölfe, etc.) • Fast 3 Mio. Besucher jährlich Der Yellowstone Nationalpark – Daten Lage des YNP, Quelle: Wikipedia

  22. Der Yellowstone Nationalpark – Karte Karte YNP, Quelle: Homepage des YNP

  23. 62% sämtlicher weltweit existierenden heißen Quellen (ca. 10000 Stück) und über 50% der weltweit aktiven Geysire (ca. 300 Stück) befinden sich im Yellowstone Nationalpark • Die berühmtesten Geysire im Nationalpark: Geysire im Yellowstone Nationalpark

  24. Die berühmtesten Geysire im Nationalpark: Geysire im Yellowstone Nationalpark (2) Quelle: Wikipedia und The Geyser Observation and Study Association (GOSA)

  25. Video: • Ausbruch des Grand-Geysir im Yellowstone Nationalpark • Höhe: 50-60m ; Springbrunnenartig Geysire im Yellowstone Nationalpark (3) Quelle: Youtube

  26. Video: • Ausbruch des Beehive-Geysir im Yellowstone Nationalpark • Höhe: 45-55m ; düsenartig Geysire im Yellowstone Nationalpark (4) Quelle: Youtube

  27. Die Bezeichnung „Supervulkan“ ist umstritten und nicht klar definiert (Einführung durch BBC Redakteure 1999) • Nach h.M.: im Gegensatz zu normalen Vulkanen bauen Supervukane aufgrund der Größe ihrer Magmakammer keine Vulkankegel auf, sondern hinterlassen riesige Calderen im Boden (Vulkanexplosivitätsindex 8) • Unter dem Yellowstone Nationalpark lauert ein „schlafender Riese“ • Wissenschaftler fanden zahlreiche Tierskelette, die vor 10 Mio. Jahren alle gleichzeitig an einer Lungenkrankheit, ausgelöst durch vulkanische Asche, gestorben waren • Ascheschicht von 2 Metern auch im 1600km entfernten Idaho mit gleicher chem. Zusammensetzung  Ausbruch eines gewaltigen Supervulkans Der Yellowstone Supervulkan

  28. Yellowstonecaldera zufällig entdeckt (NASA teste eine neue Infrarotkamera zufällig über dem Park) • Mit 45x85 km eine der größten Calderen der Welt • Hot-Spot unter dem Yellowstone Park, der Magma in die Nähe der Erdoberfläche fördert (seit 17 Millionen Jahren aktiv) • Magmakammer: 60km lang, 35km breit und 8-10km mächtig • In normalen Zeiten sorgt diese für das enorme hydrothermale System von heißen Quellen und Geysiren • Wenn der Druck jedoch zu sehr ansteigt, kann es zu enormen Eruptionen kommen • In den vergangenen 2,1 Millionen Jahren detonierte der Yellowstone-Hot-Spot dreimal, zuletzt vor ca. 640000 Jahren Der Yellowstone Supervulkan (2)

  29. Die drei calderaformenden Ausbrüche: Der Yellowstone Supervulkan (3)

  30. Der Yellowstone Supervulkan (4) Yellowstone Caldera, Quelle: survival.4u.org

  31. Ablauf eines Yellowstone-Ausbruchs: • 1.Phase: - Anheben der gesamten Region (Uplift) - Dadurch radial angeordnete Risse aus denen Lava quillt - langsamer Prozess • 2.Phase: - Druckerhöhung in der unteririschen Magmakammer - Eruption (mehrere Wochen) - Bruch des „Daches“ der Magmakammer – Bildung einer Caldera • 3.Phase: - Wiederauffüllung der Magmakammer - Caldera steigt allmählich wieder an - Aus den Bruchkanten steigt Lava in vielen kleineren Eruptionen Der Yellowstone Supervulkan (5)

  32. Momentane Entwicklung: • Gravimetrische Untersuchen (Universität Utah) ergaben einen Anstieg des Bodenlevels um 18cm zwischen 2004 und 2006 (derzeit 5-8cm/a) • Anstieg der kleineren Erdbeben seit 2009 von 12/Tag auf bis zu 500/Tag gestiegen • Jedoch: Momentan Magma in sicherer Tiefe von rund 10 Kilometern (erst ab 2-3km Tiefe problematisch) • Einige Wissenschaftler befürchten Ausbruch in den nächsten 10-100000 Jahren (sehr ungewiss), viele geben jedoch Entwarnung für die nähere Zukunft (1000 Jahre) • Folgen: - Ausgestoßene Asche und Schweloxyd vergiften Atmosphäre ⟶ Temperatursturz - Dezimierung der Bevölkerung an den Rand der Ausrottung Der Yellowstone Supervulkan (6) Magmakammer, Quelle: wildlife-extra.com

  33. Danke für Eure Aufmerksamkeit

  34. Richter, Wolfgang und Lillich, Wolfgang: Abriß der Hydrogeologie; Stuttgart 1975; E. Schweizerbart´sche Verlagsbuchhandlung • Rinehart, John S.: Geysers and Geothermal Energy; USA 1980; Springer-Verlag New York • Rothe, Peter: Die Erde – Alles über Erdgeschichte, Plattentektonik, Vulkane, Erdbeben, Gesteine und Fossilien; Darmstadt 2008; WBG • Schmincke, Hans-Ulrich: Vulkanismus; Darmstadt 2009; WBG • Wikipedia: Geysir, Yellowstone(Vulkan) • USGS (U.S. Geological Survey)– Yellowstone Volcano Observatory • Youtube: Der Yellowstone Nationalpark (Doku), Der Yellowstone-Supervulkan (Doku), Geysire • National Park Service – Homepage des Yellowstone Nationalparks (http://www.nps.gov/yell/index.htm) Quellen

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