Der Geysir in der Natur

Funktionsprinzip eines Geysirs

"Geysir" ist ein isländisches Wort und bedeutet "wildes Strömen". Geysire sind heiße Quellen, die in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen heißes Wasser in die Höhe schleudern. Sie entstehen in vulkanisch aktiven Gebieten, wo Grundwasser von einer tiefer liegenden Magmakammer erhitzt wird. Voraussetzung ist eine offene, schlotartige Verbindung des Wassers zur Oberfläche.

Eine Wassersäule in solch einem offenen Schlot kann von unten auf Temperaturen von weit über 100°C erwärmt werden und doch nicht kochen, weil der Druck der da rüberlastenden Wassersäule zu hoch ist. Heißes Wasser steigt jedoch durch Konvektion angetrieben nach oben. Erreicht es dabei einen Punkt, an dem der Auflastdruck das Kochen nicht mehr unterdrücken kann, so verdampft es, und der Dampf zusammen mit der darüber liegenden Wassersäule wird explosionsartig herausgeschleudert. Dabei kommt ein sich selbst unterhaltender Prozess in Gang: Durch das Ausschleudern nimmt der Auflastdruck durch die Wassersäule ab und immer mehr Wasser kann auch in tieferen Bereich verdampfen, bis wieder stabile Bedingungen hergestellt sind. Der Geysir ruht dann bis zum nächsten Ausbruch. Geysire können durch Zuwachsen mit Sinterablagerungen, durch besonders heftige Explosionen oder durch Erdbeben zerstört werden. Gelegentlich, wie im aktuellen Fall in Neuseeland, bilden sich auch neue Geysire möglicherweise durch Zunahme der Temperatur im Untergrund oder durch Erdbeben, die günstige Schlotbedingungen herstellen.

Vorkommnisse in der Natur

Geysire kommen besonders häufig in vulkanisch-aktiven Gebieten wie z.B. in Island und im Yellowstone-Nationlapark (USA). In Island sind die bekanntesten Geysir zu bewundern. Bei der Eruption werden Wassermassen bis zu 15 Meter in die Höhe gedrückt! Dies geschieht in regelmäßigen Abständen die in der Regel zwischen 10 und 20 Minuten betragen.

Verwendete Materialien

Der Dampfkochtopf:
Der Dampfkochtopf ist ein handelüblicher Drückkochtopf aus Mutters Küche. Wir haben das Überdruckventil, das beim Kochen den Druck im Topf reguliert, entfernt und durch eine M8 Schraube mit Mutter gesperrt. Stattdessen haben wir einen Anschluss für den Gartenschlauch in den Deckel gesetzt. Diesen Anschluss haben wir abgedichtet.

Der Gartenschlauch:
Der verwendete Schlauch ist ein 20mm dicker gewebeverstärkter Gartenschlauch. Er ist für einen Druck bis 12 Bar ausgelegt und hitzebeständig.

Die Salatschüssel:
Die Salatschüssel wird als Grundlage des "Geysirs" genommen. Sie ist im Boden mit einem Schlauchanschluss versehen und ist ebenfalls für die hohen Temperaturen geeignet.

Die Kochplatte:
Mit der Kochplatte wird das Wasser in dem Kochtopf auf über 100 °C erhitzt. Die höhere Siedetemperatur des Wassers wird durch den Druck der Wassersäule im Schlauch erzeugt. Es entsteht wahrscheinlich ein Überdruck von knapp 0.2 bar!!

Der Versuchsaufbau und unsere Erwartungen

Der Aufbau:

Der Versuch baut sich wie folgt auf:
Wir haben den Schlauch mit einer Art Ventil an der Öffnung des Deckels des Drucktopfes angeschlossen (Bild 1). Der Kochtopf ist druckdicht verschlossen. Das andere Ende des Schlauches führt von unten in die Salatschüssel (Bild 2). Der Drucktopf steht auf einer handelsüblichen Kochplatte, die das Wasser später erhitzen soll (Bild 4). Die Salatschüssel steht auf einem Gerüst aus Dachlatten (Bild 3), etwa 2m über dem Topf.

Wir haben, nachdem alles dicht miteinander verbunden war, Wasser in die Salatschüssel gefüllt. Das Wasser hat so langsam erst den Kochtopf dann den Schlauch und dann die Salatschüssel gefüllt! Das Experiment konnte somit beginnen!

Da der Topf druckdicht verschlossen ist, brauchte es etwas mehr Zeit, den Topf bzw. den Schlauch durch das nachlaufende Wasser zu füllen. Praktisch wäre eine Entlüftung im Topfdeckel gewesen, die allerdings aufwendig anzubringen ist!

Zu unseren Erwartungen:
Durch den Wasserdampf, der durch das kochende Wasser in dem Topf, unter dem Druck der Wassersäule, entsteht, erwarten wir nach einiger Zeit (ca. 5 - 10 min) eine Wasserfontäne ähnlich wie bei den Geysiren in der Natur! Welche Ausmaße die Eruption annimmt, wissen wir noch nicht, allerdings kann diese durch die Länge des Schlauches und damit mit dem Druck der Wassersäule beeinflusst werden!

Bilder 1-4 (von oben): Topfdeckel; Anschluss an Salatschüssel; Salatschüssel auf dem Dach; Kochtopf auf der Herdplatte