Funktionsweise Kaltwasser-Geysir

Ein Naturphänomen vulkanischen Ursprungs

Vorwort

Herzlich willkommen beim Geysir Andernach. Normalerweise würden Sie vor der Schifffahrt zum Geysir das Geysir-Zentrum mit seiner sehenswerten Dauerausstellung besuchen, um spielerisch leicht zu erfahren, wie der Kaltwasser-Geysir funktioniert und wie er mit dem Vulkanismus der Eifel zusammenhängt.

Aktuell kann das Museum im Geysir-Zentrum aufgrund der coronabedingten Auflagen nicht geöffnet werden. Um Sie aber im Vorfeld ihres Besuchs dennoch zu Geysir-Experten ausbilden, finden Sie nachfolgend einen Schnellkurs zur Funktionsweise des Geysirs.

Allgemein

Sie besuchen einen Kaltwasser-Geysir. Er unterscheidet sich von den klassischen Geysiren, die man von Island, Neuseeland und dem Yellowstone-Nationalpark in den USA kennt. Im Gegensatz zu diesen Heißwasser-Geysiren, deren Funktionsprinzip auf der Umwandlung von Wasser zu Wasserdampf beruht, ist das Antriebsmittel für den Kaltwasser-Geysir im Mittelrheintal das Gas Kohlenstoffdioxid (= CO2).

CO2 aus dem Magma

Die Eifel, die westlich an das Rheintal angrenzt, ist geologisch betrachtet ein sehr junges Vulkangebiet. Immer wieder kam es gerade in den letzten 600.000 Jahren zu Vulkanausbrüchen. Sie haben ihren Ursprung in Magma-Vorkommen unter der Eifel. Glutflüssiges Gestein steigt entweder bis an die Erdoberfläche (= Vulkanausbruch) oder es sammelt sich in einigen Kilometern Tiefe in der Erdkruste. Aus diesen Magmareservoirs entweichen die leichtflüchtigen gasförmigen Bestandteile (z. B. CO2) des heißen Gesteinsbreis nach oben. Dabei nutzen sie geologische Störungszonen, die Risse und Klüfte im Gestein verursachen. So entstehen Aufstiegsbahnen für das CO2 in dem ansonsten relativ undurchlässigen Schiefergestein.
Mehrere hundert Meter unter der Erdoberfläche trifft das Gas auf Grundwasser, das in teilweise offenen Quarzgängen durch den Schiefer fließt. Durch den hohen Druck in der Tiefe kann sich eine große Menge CO2 in dem über 20°C warmen Wasser lösen.

Brunnen als Voraussetzung

Ein Kaltwasser-Geysir benötigt für den Wasserausstoß einen Aufstiegskanal. Dieser besteht bei allen Kaltwasser-Geysiren – so auch beim Kaltwasser-Geysir auf dem Namedyer Werth – aus einem gebohrten Brunnen. In ihm sammelt sich kohlenstoffdioxidhaltiges Wasser, das aus den verschiedenen, durch die Bohrung angeschnittenen grundwasserführenden Horizonten (= offene Quarzgänge) stammt und den 350 m tiefen Brunnen langsam bis zur Erdoberfläche füllt. Ist der Brunnen vollständig mit Wasser gefüllt, erzeugt das Gewicht der Wassersäule (1 Liter Wasser ≙ 1 kg) einen Druck von etwa 35 bar am Grunde des Brunnens.

Funktionsweise

Ein Kaltwasser-Geysir lässt sich am ehesten mit einer Mineralwasserflasche vergleichen. Der Inhalt beider besteht aus einem Gemisch von CO2 und Wasser, das in seiner Zusammensetzung auf die Veränderung der Druckverhältnisse reagiert. Dreht man nämlich die Mineralwasserflasche auf, reduziert sich der Druck in der Flasche. Dies hört man deutlich an dem zischenden Geräusch. Gleichzeitig bilden sich kleine Gasbläschen im Wasser, die nach oben steigen. Durch die Abnahme des Drucks in der Flasche löst sich ein Teil des CO2 aus dem Mineralwasser, in dem es bisher gebunden war. Hat man die Flasche vorher geschüttelt und öffnet sie dann, entstehen nicht nur Gasbläschen, sondern es bildet sich eine Fontäne aus Gas und Wasser, die blitzartig aus der Flasche schießt.

Geysir-Ausbruch

Beim Kaltwasser-Geysir muss man nicht schütteln und man kann auf das Aufdrehen verzichten. Während sich bei der Mineralwasserflasche nur eine bestimmte Menge an CO2 im Wasser befindet, steigt beim Kaltwasser-Geysir durch den ständigen Zufluss von CO2-haltigem Wasser die Gaskonzentration an bis eine Sättigung eintritt. Diese sorgt dafür, dass zuströmendes CO2 nicht mehr im Wasser gebunden werden kann und aufsteigt.
Und so beginnt der Geysir-Ausbruch. Die Gasbläschen steigen im Geysir-Brunnen nach oben und verdrängen Wasser aus dem Brunnen. Dadurch verliert die auflastende Wassersäule an Gewicht und gleichzeitig vermindert sich auch der Druck in der Wassersäule. Diese Druckreduzierung (= bei der Mineralwasserflasche das Aufdrehen!) führt dazu, dass sich immer mehr CO2 aus dem Wasser löst.
Es steigt ebenfalls nach oben und drückt noch mehr Wasser aus dem Brunnen. Dieser Domino-Effekt führt zu einer zunehmend rasanteren Entgasung, bei der das Wasser durch die Gasblasen mit in die Höhe gerissen wird. An der Oberfläche erscheint die bekannte Geysir-Fontäne, die je nach Windverhältnissen zwischen 40-60 Metern Höhe variiert.
Etwa 12-15 Minuten dauert ein Ausbruch. Dann ist der Geysir-Brunnen zum großen Teil geleert und es dauert etwa 2 Stunden bis der Brunnen wieder mit Wasser gefüllt und mit Gas angereichert ist, damit der nächste Ausbruch stattfinden kann.

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