Afbeelding 1. Hete bronnen. Links 'Geysir' in het zuidwesten van IJsland, midden en rechts in Yellowstone National Park, USA.

Voor het ontstaan en goed functioneren van deze verschijnselen hebben we altijd drie 'ingrediënten' nodig: water, hitte en een systeem van kloven, breuken en spleten in de gesteenten van de ondergrond. Het water krijgen we door voldoende neerslag. Bij de hitte ligt het iets gecompliceerder. Onder normale omstandigheden stijgt de temperatuur met ongeveer drie graden Celsius voor elke honderd meter die je de diepte in gaat. Op duizend meter diepte is dat dus al dertig graden. In vulkanische gebieden, waar magma relatief dichtbij is, kunnen die temperaturen aanzienlijk hoger liggen. Zo worden in Yellowstone National Park in de USA op 150 tot 175 meter diepte al temperaturen van iets boven de 200 graden Celsius bereikt. In zulke gebieden zal water dus veel sneller met grote hitte in contact komen.

Afbeelding 2. Geisers. De Strokkur in het zuidwesten van IJsland (links) en Old Faithful in Yellowstone NP (midden). Van de spuitende bron rechts (eveneens Yellowstone) zou je kunnen zeggen dat hij het midden houdt tussen een hete bron en een geiser.

Met het toenemen van de diepte, loopt de druk op door de zich erboven bevindende gesteentemassa. Op grotere diepte krijgt water dus met hogere druk te maken. Deze druk bepaalt ook het kookpunt van het water. Op zeeniveau kookt water bij 100 graden C. Op de Mount Everest (8848 meter hoog) is de druk door de ijlere lucht veel lager. Daar kookt water al bij 69 graden C. In de diepte van de aarde kan dat kookpunt echter veel hoger zijn en tot ver boven de 200 graden komen. Door convectie kan dit heel hete en onder hoge druk staande water gaan opstijgen. Als de druk daarbij afneemt, kan het water in stoom overgaan waardoor het stijgingsproces wordt vergroot. Hoe het opstijgende water zich uiteindelijk manifesteert, is voor een belangrijk deel afhankelijk van het systeem van kloven, breuken en spleten in de gesteenten. We noemen dit systeem hier gemakshalve het waterleidingsysteem. Als dit systeem een ruime en goede doorgang biedt, kan het water ongehinderd en constant naar het aardoppervlak opstijgen. Tijdens dit opstijgen kan het oververhitte water zich nog met koel grondwater mengen. Bij het uitstromen of uitborrelen aan de oppervlakte kan het een poel of waterbassin vormen. We hebben in dit geval met een hete of warme bron te maken.

Afbeelding 3. Afzetting van mineralen bij hete bronnen in Yellowstone. Dergelijke plekken zijn heel verraderlijk omdat je denkt op vaste grond te lopen terwijl de kans groot is dat je door de dunne korst zakt.

Bij een geiser komt het oververhitte water op weg naar boven ook in grotere holtes in het gesteente (of in erg poreus gesteente) terecht. De druk kan daar nog zo groot zijn dat het water niet direct gaat koken. Dat gebeurt pas nadat de holtes zich verder vullen en temperatuur en druk veranderen. De waterdamp die daarbij ontstaat, zorgt voor een geweldige volumevergroting waardoor water en waterdamp naar boven worden geperst. Na deze ontlasting kan nog meer oververhit water in stoom overgaan waardoor de verdere waterinhoud van de holte naar buiten schiet. De holtes kunnen zich daarna weer met water gaan vullen waarna een volgende eruptie kan plaatsvinden. Het eruptiepatroon van dergelijke geisers kan in de loop der tijd veranderen. Dat kan komen door een verschil in beschikbaarheid van oppervlaktewater en daardoor ook vaak van grondwater. In de meeste gevallen heeft de grilligheid van geisers echter te maken met veranderingen in hun waterleidingsysteem. Zulke veranderingen kunnen voorkomen als de ondergrond door aardbevingen door elkaar geschud wordt en het waterleidingsysteem verandert of zelfs uitvalt. Het opstijgende water zelf kan het systeem ook aantasten. Op zijn weg naar boven lost het hete water namelijk mineralen uit het omringende gesteente op. Verder naar boven zullen deze mineralen weer neerslaan als het water minder heet wordt. Het waterleidingsysteem verandert daardoor.

Afbeelding 4. Fumarolen in Yellowstone (links) en op IJsland (midden en rechts).

Als het water aan de oppervlakte in de vorm van stoom ontsnapt, spreken we van een fumarole. Fumarolen ontstaan als er niet genoeg energie beschikbaar is om het water helemaal naar boven te laten komen. Het water begint als het ware al in de bodem te stomen. Soms is bij de fumarole het geborrel van het kokende water in de bodem te horen. Water is overigens niet het enige gas dat in fumarolen naar buiten treedt. Soms zijn de dampen namelijk zwavelhoudend. We spreken dan van solfataren.

Afbeelding 5. Moddervulkanen in Yellowstone (links) en op IJsland (midden en rechts).

Modderpoelen of moddervulkanen ontstaan als er niet genoeg water beschikbaar is en dit water bovendien een hoge zuurgraad heeft. Het opstijgende water lost dan behoorlijk wat mineralen op die bovendien een scheikundige verandering ondergaan. Aan de oppervlakte manifesteert dit zich in bubbelende en soms stomende modderpoelen.

Afbeelding 6. Opgeloste mineralen vormen kraters als ze aan de oppervlakte neerslaan (Yellowstone).

In het water opgeloste mineralen kunnen ook aan de oppervlakte neerslaan en daar afzettingen vormen. Op die manier worden ook kraters bij geisers en hete bronnen gevormd.

Afbeelding 7. Ook bij actieve vulkanen kunnen wolken van waterdamp ontsnappen. Hier bij de Krafla op IJsland.

Hoewel hier van vier basistypen gesproken wordt, is de variëteit een stuk groter. Er zijn namelijk grote verschillen in temperaturen, hoeveelheden naar buiten geperst water, vormen, afmetingen, enzovoorts. Ook is de grens tussen de types niet altijd even strak. Zo komen bijvoorbeeld tussen een hete bron en een geiser tussenvormen voor. De natuur laat zich niet zo gemakkelijk in hokjes plaatsen.