Geysire: Die explosive Kraft des Wassers

Eine heiße Quelle auf Island: Wasserdampf steigt von der Oberfläche auf. Ringsum ist das Gestein feucht und sieht aus, als sei es von fließendem Wasser geformt worden. An der Strömung in der Quelle ist zu sehen, dass Wasser von unten hochströmt, doch die Oberfläche ist nicht aufgewühlt. Plötzlich sind Blasen im Wasser zu erkennen, und unmittelbar danach schießt unter Getöse eine Fontäne rund 25 Meter hoch. Nach wenigen Sekunden bricht der Ausbruch ab, und es bleibt eine große Fahne aus Wasserdampf und kleinsten Tröpfchen über der heißen Quelle, die dann vom Wind verweht wird.

Das Ausbrechen eines Geysirs ist ein Naturschauspiel. Den eingangs geschilderten Ausbruch des Strokkur verfolgen im August 2016 Touristen aus Reisebussen. Geysire sind eine der großen Attraktionen in Island. Obwohl es etwa im Yellowstone-Nationalpark in den USA erheblich mehr Geysire gibt als auf Island, ist das „Original“ auf der Vulkaninsel im Nordatlantik zu finden: der Geysir, auch „Großer Geysir“ genannt, nur 50 Meter vom Strokkur entfernt.

Der Große Geysir ist womöglich der erste seiner Art, der schriftlich erwähnt wurde: 1294 in einem Werk namens „Oddsverja annáll“. Dort wird er nicht Geysir genannt, doch aus der Beschreibung lässt sich erkennen, dass der Große Geysir gemeint ist. Den Namen „Geysir“ verwendet erstmals der Bischof Brynjólfur Sveinsson im Jahr 1647.

Im Geysirschlot bleibt das Wasser bei über 100 Grad noch flüssig

Dass Geysir als Bezeichnung für diese Art heißer Quelle in vielen Sprachen der Welt zu finden ist, geht wohl auf das Jahr 1846 zurück. Damals haben Wissenschaftler, darunter der deutsche Chemiker Robert Bunsen (1811 – 1899), auf Einladung der dänischen Regierung das Naturphänomen untersucht – und zwar am Großen Geysir. Bunsen ermittelte eine Eruptionshöhe von bis zu 54 Metern. Die Wissenschaftler maßen auch die Temperaturen in der Wassersäule des Geysirs mit Lot und Thermometer und stellten fest, dass sie mit größerer Tiefe zunahmen: 7,25 Meter unter der Oberfläche waren es 106,4 Grad Celsius, in 22 Metern Tiefe sogar 127,5 Grad!

Nun ist die Temperaturskala von Celsius so geeicht, dass null Grad den Gefrierpunkt und 100 Grad den Siedepunkt von Wasser darstellt. Das gilt für den Normaldruck, den Luftdruck von 1013,25 Hektopascal. Weil mit zunehmender Wassertiefe größerer Druck herrscht, bleibt das Wasser im Geysirschlot bei über 100 Grad noch flüssig. Wenn sich das Wasser von unten her durch vulkanische Wärme immer stärker erhitzt, bilden sich in der Wassersäule Dampfblasen, die nach oben steigen und das darüberliegende Wasser nach oben schieben. Dadurch nimmt unten der Druck ab, das Wasser erreicht in einem Teil der Säule den Siedepunkt und geht schlagartig in Dampf über – der Geysir bricht aus. Deutlich wird die explosive Kraft des Wasserdampfes, wenn man bedenkt, dass ein Liter flüssiges Wasser beim Sieden in 1673 Liter Wasserdampf übergeht. Als Gas braucht Wasser erheblich mehr Platz!

Der Geysir mit der höchsten Fontäne war vier Jahre aktiv

Mit der ihm eigenen Gründlichkeit untersuchte Robert Bunsen Gas-, Wasser- und Gesteinsproben. Insgesamt beschäftigte er sich sechs Jahre damit, verbesserte die Gasanalyse und präsentierte schließlich der Welt die erste naturwissenschaftliche Erklärung des Naturphänomens Geysir; sie ist im Wesentlichen bis heute gültig. Bunsen erkannte, dass eingesickertes Oberflächenwasser und Grundwasser den Geysir speisen, dass heißes Magma (Gesteinsschmelze) tief liegendes, festes Gestein erhitzt und dass dieses Gestein die Wärme an das Wasser des Geysirs weitergibt. Auch dass ein schmaler Schlot und tiefer liegende Wasserreservoire für die heiße Springquelle notwendig sind, entging Bunsen nicht.

Geysire sind nicht unbedingt von Dauer. Der Große Geysir auf Island ist derzeit nur eine heiße Quelle; aber ein Erdbeben oder ein Vulkanausbruch in der Nähe kann ihn wieder zum Leben erwecken, wie es schon mehrmals geschah. Der Geysir mit der höchsten je gemessenen Fontäne war sogar nur vier Jahre aktiv: der Waimangu-Geysir auf der Nordinsel Neuseelands. Seine Ausbrüche von 1900 bis 1904 waren im Durchschnitt 100 bis 150 Meter hoch, einzelne Fontänen wuchsen auf über 400 Meter in den Himmel. Der heute höchste Geysir, der „Steamboat Geyser“ im Yellowstone-Park, kommt auf 90 Meter.

Geothermische Kraftwerke nutzen die Energie des heißen Wassers

Eine Besonderheit vieler Geysire sind die Färbungen des Wassers. Sie gehen zum Teil auf die im Wasser gelösten Mineralien, zum Teil auf Mikroorganismen zurück. Bis in die 1960er-Jahre hinein hielt es die Wissenschaft nicht für möglich, dass sich in heißen Quellen Lebewesen halten können. Inzwischen weiß man, dass Geysire von „Thermophilen“ (Wärme Liebenden) bevölkert sind: Archaeen (Urbakterien) und Bakterien, die bei Temperaturen von 45 bis 80 Grad gedeihen. „Hyperthermophile“ werden die Lebewesen genannt, deren bevorzugte Umgebungstemperatur oberhalb von 80 Grad liegt.

Geysire sind für den Menschen nicht nur wegen der spektakulären Fontänen attraktiv, sondern auch wegen des heißen Wassers. Zwar werden geothermische Kraftwerke zur Nutzung des Wassers nicht in die unmittelbare Nähe von Geysiren gebaut. Doch selbst in größerer Entfernung können sie Geysiren gewissermaßen das Wasser abgraben und sie zum Versiegen bringen. So geschehen 1950 beim Beowawe-Geysir-Feld in Nevada (USA).

Der Mensch kann auch Geysire entstehen lassen. Auf der Fly Ranch in Nevada wurde 1964 ein Brunnen gebohrt, um heißes Tiefenwasser zu nutzen. Weil das Bohrloch nicht richtig verschlossen wurde, bildete sich ein Geysir, der heute aus einem Kegel von 1,5 Metern Höhe schießt. Die Fontäne ist ebenfalls nur etwa anderthalb Meter hoch, spuckt das Wasser aber permanent aus. Die Mineralien aus der heißen Quelle schufen in Jahrzehnten eine Terrassenlandschaft.

Kaltwassergeysire - wie in Andernach - sind seltener

Auch beim größten Kaltwassergeysir der Welt in Andernach am Rhein hatte der Mensch seine Hand im Spiel. Denn der Geysir entstand durch Bohrungen auf der Halbinsel Namedyer Werth, nachdem im Altarm des Rheins aufsteigende Bläschen entdeckt worden waren. Sie erwiesen sich als Kohlendioxid, sodass 1903 mehr als 300 Meter tief gebohrt wurde, um Mineralwasser zu gewinnen. Das Ergebnis der Bohrung war ein Geysir, der bis zu 40 Meter in die Höhe sprang. Er wurde Namedyer Sprudel genannt, wie das Mineralwasser, das aus der Quelle gewonnen wurde. Seit 2009 gibt es ein Besucherzentrum und regelmäßige Schiffstouren zum Geysir Andernach, wie er nun genannt wird.

Kaltwassergeysire sind deutlich seltener als Heißwassergeysire. Eine Veröffentlichung von 2004 listet lediglich 15 weltweit auf. Im Kaltwassergeysir ist es nicht der Wasserdampf, der das Wasser nach oben treibt, sondern das Kohlendioxid-Gas. Das Gas ist bei Geysir Andernach ebenfalls vulkanischen Ursprungs und entstammt Magmakammern, die zur nahen Vulkaneifel gehören.

Inzwischen werden auch Fontänen auf anderen Himmelskörpern Geysire genannt. Die Ausbrüche, die auf dem Jupitermond Europa und auf dem Saturnmond Enceladus beobachtet wurden, sollen hauptsächlich Wasser enthalten. Allerdings sind die weit von der Sonne entfernten Monde eigentlich zu kalt für flüssiges oder gar gasförmiges Wasser. Jedoch vermuten Wissenschaftler, dass die Schwerkraft von Jupiter und Saturn in den Monden Reibungskräfte erzeugt, die das Gestein erhitzen und Kältevulkane (Kryovulkane) hervorbringen. Die Auswürfe der mehr als 100 Geysire auf Enceladus speisen zum Teil einen äußeren Saturn-Ring. Hoch hinaus kommen auch die Geysire auf Europa. Sie erreichen wegen der geringen Schwerkraft des Monds eine Höhe von 200 Kilometern.

Die Geysire auf dem Neptunmond bestehen aus Stickstoff

Etwas anders liegt der Fall bei den Geysiren auf dem Neptunmond Triton. Sie bestehen größtenteils aus flüssigem Stickstoff. Obwohl auf Triton die Sonne rund 30-mal so weit entfernt ist wie von der Erde, könnte sie die Geysire antreiben, denn sie sind nur dort zu finden, wo die Sonne im Zenit steht. Auf dem Mars wurden Geysire bisher nur indirekt, also anhand ihrer Auswürfe beobachtet. Astrophysiker nehmen an, dass die Geysire am Marssüdpol von Kohlendioxid und Sonnenenergie angetrieben werden.

Nach dem Ausflug ins Sonnensystem sei noch erwähnt, dass man auch zu Hause einen Kaltwassergeysir erzeugen kann: mit Pfefferminz-Kaubonbons in Cola-Flaschen. Empfohlen wird Cola light, weil sie angetrocknet nicht so klebt wie zuckerhaltige Limonade. Die Kaubonbons sorgen dafür, dass sich das in der Cola gelöste Kohlendioxid („Kohlensäure“) schlagartig in Gas verwandelt und den Flascheninhalt fast vollständig nach oben treibt – ähnlich faszinierend wie der Ausbruch eines großen Geysirs.

Stefan Parsch