Fed idé:Magma opbevaret i kølerum før gigantisk vulkanudbrud

Long Valley, Californien, har længe defineret "superudbruddet." Omkring 765, 000 år siden, en pøl af smeltet sten eksploderede mod himlen. Inden for en mareridtsagtig uge, 760 kubikkilometer lava og aske spyede ud i den form for vulkansk katastrofe, vi håber aldrig at være vidne til.

Asken afkølede sandsynligvis planeten ved at skærme solen, før de slog sig ned på tværs af den vestlige halvdel af Nordamerika.

Her er en regel for geovidenskab:Fortiden varsler fremtiden. Så det er ikke kun sygelig nysgerrighed, der tiltrækker geovidenskabsfolk til steder som Long Valley. Det er et brændende ønske at forstå hvorfor superudbrud sker, i sidste ende for at forstå, hvor og hvornår de sandsynligvis vil forekomme igen.

I denne uge (6. nov. 2017), i Proceedings of the National Academy of Sciences , en rapport viser, at det gigantiske legeme af magma - smeltet sten - ved Long Valley var meget køligere før udbruddet end tidligere antaget.

"Den ældre opfattelse er, at der er en lang periode med en stor tank af smeltet sten i skorpen, " siger førsteforfatter Nathan Andersen, som for nylig dimitterede fra University of Wisconsin-Madison med en ph.d. i geovidenskab. "Men den idé falder i ugunst.

"En ny opfattelse er, at magma opbevares i en lang periode i en tilstand, der er låst, fedt nok, krystallinsk, og ude af stand til at producere et udbrud. Det sovende system ville have brug for en enorm infusion af varme for at bryde ud."

Det er svært at forstå, hvordan klippen kunne opvarmes fra anslået 400 grader Celsius til de 700 til 850 grader, der er nødvendige for at bryde ud, men hovedårsagen må være en hurtig stigning af meget varmere sten nedefra.

I stedet for en langvarig pøl af smeltet sten, krystallerne fra størknet sten blev inkorporeret kort før udbruddet, siger Andersen. Så de smeltede forhold varede sandsynligvis kun et par årtier, højst et par århundreder. "I bund og grund, billedet har udviklet sig fra 'big tank'-visningen til 'grød'-visningen, og nu foreslår vi, at der er en undervurdering af bidraget fra den virkelig kulde, størknet sten."

De nye resultater er forankret i en detaljeret analyse af argon-isotoper i krystaller fra Bishop Tuff - den højvolumensten, der blev frigivet, da Long Valley Caldera blev dannet. Argon, produceret ved radioaktivt henfald af kalium, flygter hurtigt fra varme krystaller, så hvis magmakroppen, der indeholdt disse krystaller, var ensartet varm før udbrud, argon ville ikke akkumulere, og datoerne for alle 49 krystaller skal være de samme.

Og stadigvæk, bruger en ny, højpræcisions massespektrometer i Geochronology Lab på UW-Madison, forskergruppens datoer strakte sig over 16, 000 års rækkevidde, hvilket indikerer tilstedeværelsen af ​​noget argon, der er dannet længe før udbruddet. Det peger på uventet kølige forhold før det gigantiske udbrud.

Bedre værktøjer gør bedre videnskab, siger Andersen. "Det nye instrument er mere følsomt end dets forgængere, så den kan måle en mindre mængde gas med højere præcision. Da vi så mere detaljeret på enkeltkrystaller, det blev klart, at noget må være afledt af magma, der var fuldstændig størknet - overgået fra en grød til en sten."

"Nathan fandt ud af, at omkring halvdelen af ​​krystallerne begyndte at krystallisere et par tusinde år før udbruddet, indikerer køligere forhold, " siger Brad Singer, en professor i geovidenskab ved UW-Madison og direktør for Geochronology Lab. "For at få den sande udbrudsalder, du skal se spredningen af ​​datoer. De yngste krystaller viser datoen for udbruddet."

Resultaterne har betydning ud over vulkanologi, imidlertid, da aske fra Long Valley og andre gigantiske udbrud almindeligvis bruges til datering.

"Disse enorme udbrud afsætter aske overalt, og det lader dig lave korrelationer i klipperekorden for at hjælpe geologiske, biologiske og klimatiske undersøgelser på tværs af kontinentet, " siger Andersen. "Dette tæppe af aske forankrer dig i tide. Jo tættere vi kan fastlægge udbrudsalderen, jo bedre kan vi studere alle facetter af Jordens historie."

"Det er kontroversielt, men at finde disse ældre krystaller betyder, at en del af denne store magmakrop var meget kølig umiddelbart før udbruddet, " siger Singer, en vulkanolog, der var Andersens UW-rådgiver. "Dette flyver i øjnene med en masse termodynamik."

En bedre forståelse af processen før udbrud kan føre til bedre vulkanudsigt - et meget nyttigt, men vanskeligt forslag i øjeblikket.

"Dette peger ikke på forudsigelse på nogen konkret måde, " siger Singer, "men det peger på det faktum, at vi ikke forstår, hvad der foregår i disse systemer, i perioden 10 til 1, 000 år, der går forud for et stort udbrud."