Изучая исландские гейзеры, ученые предположили, что под землей находится полость, заполненная разогретым водяным паром, время от времени извергающая ввысь по узкому стволу столб горячей воды. Одну из первых научных теорий функционирования гейзеров разработали Роберт Вильгельм Бунзен и А. Деклуазо, исходя из того хорошо известного факта, что температура кипения воды зависит от давления. На уровне моря вода закипает при температуре 100 градусов С, а при давлении 10 атмосфер - при 180 градусов С. Вода в стволе гейзера нагревается постепенно, но даже нагревшись до 100 градусов С, не кипит, испытывая высокое давление верхних слоев.

По мере повышения температуры образующийся пар вытесняет водяной столб вверх, где давление резко падает, и закипевшая вода бурно извергается наружу. После выброса температура воды в стволе гейзера падает, и только спустя какое-то время процесс повторяется, как повторяется и очередное извержение. Торгейр Торкельссон несколько усложнил теорию действия гейзеров. По его мнению, вода в гейзерах содержит азот и метан. Газы поднимаются вверх, как пузырьки в бутылке с содовой. В этих пузырьках также содержится водяной пар, благодаря чему их объем значительно увеличивается. Уже при относительно слабом давлении столба воды происходит ее кипение и извержение. Было также замечено, что ускорить извержение можно, бросая в ствол гейзера камни или растворимые в воде предметы.

Гейзер Старый служака обязан своей славой неукоснительной регулярности извержений: каждые полтора часа он выбрасывает столб пара и воды на высоту до 50 метров, что в сутки составляет около 500 тысяч литров кипятка - вполне достаточно, чтобы обеспечить горячей водой небольшой город. Пароводяной фонтан гейзера Гигант достигает высоты 75 метров, а гейзер Юнион извергается одновременно из трех отверстий. Высота пароводяного столба у гейзера Пароход превышает 90 метров. По соседству с гейзерами, как правило, бьют горячие источники - в том же Йеллоустонском парке свыше 300 гейзеров и около 10000 горячих источников, грязевых вулканов и фумарол разной величины и температуры. Кстати, в Северной Америке гейзеры встречаются еще и в Восточной Калифорнии.

Однако подлинным царством гейзеров считается Новая Зеландия. Особенно много их на острове Северный в графстве Окленд, где они тянутся широкой полосой на 250 км. Согласно верованиям здешних коренных жителей маори, земные недра извергают кипяток по воле бога вулканов Руаймоко. Крупнейшим гейзером Новой Зеландии был уже не существующий Ваймангу, периодически выбрасывавший столб воды на высоту 450 метров. Во время извержения вулкана Таравера за одну ночь на месте небольшого озера Ротомахан возникла огромная впадина - после заполнения ее водой образовалось озеро длиной 10 км, со дна которого бьют фонтаны кипятка. А расположенный в вулканическом кратере гейзер Похуту выбрасывает мутную воду на высоту 20 - 30 метров.

Другие гейзеры Новой Зеландии значительно уступают этим исполинам. Необычайно богата гейзерами и горячими источниками Камчатка. Крупнейшее скопление гейзеров находится в долине р. Гейзерной, что на востоке полуострова, южнее озера Кроноцкое. Действующие гейзеры поменьше находятся у истоков реки Паужетки. Это районы действующих вулканов. Чудеса долины реки Гейзерной издавна были известны охотникам и исследователям Камчатки, но тщательному изучению подверглись только после II мировой войны. Здесь находится свыше 20 действующих гейзеров с разной частотой и продолжительностью извержений.

Самые крупные - Великан, Фонтан, Первенец и Тройной. Паужетские горячие источники были описаны более 200 лет назад. Возникли они в отложениях плиоценового периода. Такие же источники есть и в долине реки Банной - на юге полуострова, западнее Петропавловска-Камчатского. На севере, в долине одного из притоков реки Тигиль, расположен четвертый, самый маленький участок горячих источников.

В них температура воды, богатой двуокисью кремния и хлористым натрием, достигает около 100 градусов С. Необходимо заметить, что происхождение горячих источников Камчатки связано как с прошлым периодом вулканической деятельности, так и с молодым вулканизмом. В Японии гейзеры и горячие ключи сосредоточены в трех основных районах - на восточном побережье острова Идзу, в Оникобе и на острове Хоккайдо. Извержение японских гейзеров происходит достаточно регулярно, около пяти раз в сутки.

Есть горячие ключи в вулканических районах Зондских островов, островов Новой Британии возле Новой Гвинеи, в Чили, Гватемале, Коста-Рике, на острове Сан-Мигель и в Тибете. Помимо гейзеров и горячих ключей в природе встречаются и термальные воды. К ним относят источники, температура которых выше 20 градусов С. Своим происхождением они тоже обязаны вулканической деятельности, поэтому и находятся прежде всего в Новой Зеландии, Исландии, и Йеллоустоне - поблизости от гейзеров.

Горячие источники тоже образуются из атмосферных осадков, которые проникают на большую глубину и там нагреваются под действием земного тепла до огромных температур. Давление образовавшегося пара возрастает, и он по тектоническим трещинам устремляется на земную поверхность. В Западной Чехии у слияния рек Огрже и Тепла раскинулся основанный еще Карлом IV город Карловы Вары, получивший права городского самоуправления. Благодаря горячим минеральным источникам с температурой 42 - 72 градусов С город с XVI века приобрел всемирную славу бальнеологического курорта.

Другой популярный в Европе курорт, выросший на горячих щелочных источниках - чешский город Теплице у подножия Рудных гор. Это явление часто наблюдается в горной местности. Термальные воды есть на Памире, на Кавказе и в Крыму. Типичный пример - термальный источник в Ящуровце, возле города Закопане: температура воды в нем достигает 18 градусов С при средней годовой температуре воздуха в этом районе около 4,8 градусов С. Аналогичная достопримечательность есть и у курорта Цеплице-Слёнске-Здруй, находящегося недалеко от Еленей Гуры - минеральные фторидно-кремниевые термальные воды с температурой около 42 градуса С и грязями. Здесь открыты физиотерапевтическая лечебница и курортная больница. Во время извержения из недр вулкана на поверхность вырываются пар и газы. Иногда газы выходят спокойно, с едва слышным шумом и шипением.

Временами в углубление попадают фунтовые воды, которые нагреваются до точки кипения. При стремительных извержениях вместе с газами и паром вверх выбрасывается шлам, который образует вокруг отверстия кругообразный болотистый вал. Фумаролы, сольфатары и мофетты - это основные виды вулканических испарений из трещин на склонах вулканов. Они располагаются в порядке убывания температуры - самые горячие и сухие близ кратера, остальные - все дальше. Самая высокая температура выходящих на поверхность газов - у фумарол, которые сублимируют хлорид железа, хлорид натрия и окись железа. С понижением температуры увеличивается объем водяного пара, двуокиси серы, хлористого водорода.

Сравнительно холодные сольфатары кроме водяного пара выделяют сероводород, углекислый газ, серу, хлористый аммоний и борную кислоту. Вблизи кратера вулкана Форум Вулкани скапливалось много серы, и его назвали Сольфатара. Позже это название распространилось на все серосодержащие вулканические испарения. Фумаролы и сольфатары возникают в некоторых вулканических районах Исландии, а также на Аляске, например в Долине десяти тысяч дымов. Как показали обследования окрестностей склонов гавайских вулканов, ближайшие соседи действующего вулкана - выходы хлора, фтора, двуокиси серы, немного дальше - углекислого газа, а еще дальше на поверхность выходит только водяной пар.

Самые холодные "извергатели" - мофетты. Их температура близка к температуре окружающего воздуха, а выделения состоят в основном из двуокиси углерода. Самой известной мофеттой является "Собачий грот", расположенный между Неаполем и Поццуоли. Это своего рода небольшая штольня, построенная еще римлянами, искавшими горячие источники; в своей "Естественной истории" Плиний Старший назвал ее Расщелиной Харона, в честь перевозчика душ умерших. И это оправдано - концентрация выходящей углекислоты настолько велика, что некоторые мофетты превратились в своеобразные "долины смерти", где гибнет все живое.

Одна такая долина была обнаружена в конце XIX века на острове Ява - в воронкообразном углублении нашли мертвых животных, задохнувшихся из-за нехватки воздуха, вытесненного углекислым газом. Люди давно ищут способы использовать дешевую тепловую энергию. В Италии по соседству с полями активных фумарол была построена электростанция, энергоносителем в которой служил пар, бьющий из подземных скважин. Полученным электричеством снабжались такие города, как Сиена, Ливорно, Чезена и частично Флоренция.

Подземную энергию с успехом используют в США, на острове Ява, в Исландии, в Японии и на Камчатке. Вода термальных источников используется в лечебных целях, в частности на курортах США и Японии, на Кавказе в Крыму и Закарпатье.