Postvulkanisches Phänomen: Kaltwassergeysir
Bei Geysiren denkst du bestimmt an Island und Fontänen aus heißem Wasser. Aber wusstest du, dass es auch Kaltwassergeysire gibt? Auch wenn Kaltwassergeysire deutlich seltener vorkommen als Heißwassergeysire musst du nicht weit reisen um dieses postvulkanische Phänomen zu sehen. Denn in Andernach am Rhein bricht sogar der weltweit höchste Kaltwassergeysir aus!
Wie so ein Geysir aussieht und funktioniert, erfährst du hier:
Kaltwassergeysir – kurz erklärt
CO2 vulkanischen Ursprungs, das auf kaltes Grundwasser trifft, dient hier als Antrieb für die Fontäne.
1. Grundgebirge
2. Grundwasser mit vulkanischer Kohlensäure
3. Gas-Wasser-Fontäne
Funktionsweise Kaltwassergeysir
Ein Kaltwassergeysir funktioniert ähnlich wie eine übersprudelnden Mineralwasserflasche: In der geschlossenen Flasche herrscht ein höherer Druck als in ihrer Umgebung. Durch diesen Überdruck ist viel Kohlenstoffdioxid (CO2), häufig auch fälschlicherweise als Kohlensäure bezeichnet, im Wasser gelöst. Wird die Flasche geöffnet, reduziert sich schlagartig der Druck und das CO2 steigt in Form kleiner Bläschen nach oben. Dabei reißt es das Wasser mit und schießt als kleine Fontäne aus der Flasche.
CO2 vulkanischen Ursprungs
Das Kohlenstoffdioxid, das den Geysir Andernach antreibt, stammt aus einem Magma-Vorkommen unter der Osteifel, eines geologisch gesehen sehr jungen Vulkangebiets. Bedeutende Störungszonen, die sich im Bereich der Rheinhalbinsel Namedyer Werth kreuzen, verursachen tiefe Risse und Klüfte im Gestein. So entstehen Aufstiegsbahnen für das CO2 in dem ansonsten relativ undurchlässigen Schiefergestein. Das Gas trifft in mehreren hundert Metern unter der Erdoberfläche auf tiefe Grundwasserschichten. Durch den hohen Druck in diesem Bereich kann sich eine sehr große Menge an CO2 in dem rund 25 °C warmen Wasser lösen.
Was passiert bei einem Geysir-Ausbruch?
Ein Geysir benötigt für den Wasserausstoß einen Aufstiegskanal. Dieser besteht bei allen Kaltwassergeysiren – so auch beim Geysir Andernach – aus einem Bohrbrunnen. In ihm sammelt sich kohlendioxidhaltiges Wasser, das in verschiedenen grundwasserführenden Schichten angeschnitten wird. So steigt die Wassersäule langsam bis zur Erdoberfläche an. Ist der 350 m tiefe Brunnen bis an den Rand gefüllt, erzeugt das Gewicht der Wassersäule einen Druck von etwa 35 bar am Grunde des Brunnens.
Im Vergleich zu normalen Umgebungsbedingungen ist jetzt auch im Brunnenwasser entsprechend der Tiefe und dem Druck der überlagernden Wassersäule, ein Vielfaches an CO2 gelöst. Durch nachströmendes kohlendioxidhaltiges Grundwasser wird weiterhin CO2 im Brunnen angereichert, bis die Menge einen kritischen Punkt erreicht, an dem kein Gas mehr gelöst werden kann und das Wasser CO2-gestättigt ist.
Nun beginnt das überschüssige CO2 nach oben zu steigen und gerät so unter geringere Druckverhältnisse. Die Gasbläschen nehmen dadurch an Volumen zu, dehnen sich aus und verdrängen das Wasser. Der Geysir-Brunnen beginnt überzulaufen und der Druck der Wassersäule nimmt geringfügig ab, was dazu führt, dass weiteres CO2 aus dem Wasser entgasen muss. Es steigt ebenfalls nach oben und verdrängt Wasser aus dem Brunnen. Dieser Domino-Effekt führt zu einer immer rasanteren Entgasung, bei der die aufsteigenden, mehrere Meter langen Gasblasen das Wasser mit sich in die Höhe reißen. Der Kaltwassergeysir bricht aus und baut eine stetig höher wachsende Wasserfontäne auf, die in Spitzen schließlich bis zu 60 m Höhe erreicht. Ist der Brunnen nach etwa 6 – 8 Minuten durch die Eruption geleert, beginnt der Zyklus von neuem, indem kohlendioxidhaltiges Grundwasser in den Brunnenschacht einströmt und ihn füllt.
Etwa alle 115 – 120 Minuten wiederholt sich dieses sehr seltene Naturspektakel.
Ein Kaltwassergeysir ist eine Sonderform des gas-artesischen Brunnens. Die wissenschaftliche korrekte Bezeichnung
lautet daher auch „Gas-Arteser.“
Vulkanius erklärt den „Gas-Arteser“
Ein Gas-Arteser oder ein artesischer Brunnen ist ein Brunnen in einer Senke unterhalb des Grundwasserspiegels, in dem Wasser unter Überdruck steht. Das hydraulische Potenzial ist dabei so hoch, dass das Wasser von selbst, also ohne Pumpen, bis zur Erdoberfläche oder höher aufsteigt. Das Grundwasser ist in diesen Fällen artesisch gespannt.
Artesische Verhältnisse treten in Bereichen auf, in denen für Grundwasser geringdurchlässige Schichten über grundwasserleitenden Schichten mit höher liegenden Grundwasserneubildungsgebieten zu Druckverhältnissen führen,
bei denen die Grundwasserdruckfläche (hydraulisches Potential des Grundwassers) über der Erdoberfläche liegt.
Ein Gas-Arteser unterscheidet sich vom artesischen Brunnen darin, dass der benötigte Überdruck durch aufsteigendes Gas entsteht.
