Forskere dechifrerer magma-legemerne under Yellowstone

Ved hjælp af supercomputermodellering, Forskere fra University of Oregon har afsløret en ny forklaring på den geologi, der ligger til grund for den seneste seismiske billeddannelse af magma-legemer under Yellowstone National Park.

Yellowstone, en supervulkan berømt for eksplosive udbrud, store calderaer og omfattende lavastrømme, har i årevis tiltrukket sig opmærksomhed fra forskere, der forsøger at forstå placeringen og størrelsen af ​​magmakamre under den. Det sidste calderadannende udbrud fandt sted 630, 000 år siden; det sidste store volumen lava dukkede op 70, 000 år siden.

Skorpen under parken opvarmes og blødgøres af kontinuerlige infusioner af magma, der stiger fra en anomali kaldet en kappefane, ligner kilden til magmaen ved Hawaiis Kilauea-vulkan. Enorme mængder vand, der brænder for de dramatiske gejsere og varme kilder ved Yellowstone, afkøler skorpen og forhindrer den i at blive for varm.

Med computermodellering, et hold ledet af UO ph.d.-studerende Dylan P. Colón har kastet lys over, hvad der foregår nedenfor. På dybder på 5-10 kilometer (3-6 miles) modvirker modstående kræfter hinanden, danner en overgangszone, hvor kolde og stive klipper i den øvre skorpe viger for varme, duktilt og endda delvist smeltet bjergart nedenfor, holdet rapporterer i et papir i Geofysiske forskningsbreve .

Denne overgang fanger stigende magmaer og får dem til at akkumulere og størkne i et stort vandret legeme kaldet en karm, som kan være op til 15 kilometer (9 miles) tyk, ifølge holdets computermodellering.

"Resultaterne af modelleringen matcher observationer udført ved at sende seismiske bølger gennem området, " sagde medforfatter Ilya Bindeman, en professor i UO's Institut for Geovidenskab. "Dette arbejde ser ud til at validere indledende antagelser og giver os mere information om Yellowstones magmaplaceringer."

Denne midterste karm består af for det meste størknet gabbro, en sten dannet af afkølet magma. Over og under lå separate magma-legemer. Den øverste indeholder den klæbrige og gasrige rhyolitiske magma, der lejlighedsvis bryder ud i eksplosioner, der overskygger 1980-udbruddet af Mount St. Helens i staten Washington.

Lignende strukturer kan eksistere under supervulkaner rundt om i verden, sagde Colón. Geometrien af ​​karmen kan også forklare forskellige kemiske signaturer i eruptive materialer, han sagde.

Colóns projekt for at modellere, hvad der er under landets første nationalpark, som blev skulptureret for 2 millioner år siden af ​​vulkansk aktivitet, begyndte kort efter et 2014-papir i Geophysical Research Letters af et team ledet af University of Utah afslørede beviser fra seismiske bølger af et stort magmakrop i den øvre skorpe.

Forskere havde mistænkt, imidlertid, at enorme mængder kuldioxid og helium, der flygtede fra jorden, indikerede, at mere magma er placeret længere nede. Det mysterium blev løst i maj 2015, da en anden University of Utah-ledet undersøgelse, offentliggjort i tidsskriftet Science, identificeret ved hjælp af seismiske bølger et sekund, større magma i dybder på 20 til 45 kilometer (12-27 miles).

Imidlertid, Colón sagde, de seismiske billeddannelsesundersøgelser kunne ikke identificere sammensætningen, tilstand og mængde af magma i disse magmalegemer, eller hvordan og hvorfor de blev dannet der.

For at forstå de to strukturer, UO-forskere skrev nye koder til supercomputermodellering for at forstå, hvor magma sandsynligvis ophobes i skorpen. Arbejdet er udført i samarbejde med forskere ved det schweiziske føderale institut for teknologi, også kendt som ETH Zürich.

Forskerne fik gentagne gange resultater, der tyder på, at et stort lag af afkølet magma med et højt smeltepunkt dannes ved den midterste skorpekarm, adskille to magma-legemer med magma ved et lavere smeltepunkt, hvoraf meget stammer fra smeltning af skorpen.

"Vi tror, ​​at denne struktur er det, der forårsager rhyolit-basalt-vulkanismen i hele Yellowstone-hotspottet, herunder supervulkanudbrud, " sagde Bindeman. "Dette er børnehaven, et geologisk og petrologisk match med eruptive produkter. Vores modellering hjælper med at identificere den geologiske struktur af, hvor det rhyolitiske materiale er placeret."

Den nye forskning, for nu, hjælper ikke med at forudsige tidspunktet for fremtidige udbrud. I stedet, det giver et aldrig før set udseende, der hjælper med at forklare strukturen af ​​det magmatiske VVS-system, der driver disse udbrud, sagde Colón. Den viser, hvor den udbrudbare magma stammer fra og akkumuleres, som kunne hjælpe med forudsigelsesbestræbelser længere nede.

"Denne forskning hjælper også med at forklare nogle af de kemiske signaturer, der ses i udbrudsmaterialer, " sagde Colón. "Vi kan også bruge det til at udforske, hvor varm kappefanen er ved at sammenligne modeller af forskellige faner med den faktiske situation ved Yellowstone, som vi forstår ud fra de geologiske optegnelser."

Colón udforsker nu, hvad der påvirker den kemiske sammensætning af magmaer, der bryder ud ved vulkaner som Yellowstone.

Undersøgelse af samspillet mellem stigende magmaer og jordskorpens overgangszone, og hvordan dette påvirker egenskaberne af magma-legemerne, der dannes både over og under det, forskerne skrev, skal øge den videnskabelige forståelse af, hvordan kappefaner påvirker udviklingen og strukturen af ​​kontinental skorpe.