Geologer har räknat ut detaljerna i den inre strukturen i Yellowstone supervolcano, inklusive fysiska förhållanden, kemisk sammansättning och orsakerna till bildandet av dess olika lager. Prestationen beskrivs i en vetenskaplig artikel publicerad i Geophysical Research Letters av Dylan Colon och Ilya Bindeman från University of Oregon och Taras Gerya från den schweiziska högre tekniska skolan i Zürich.
Redan 2014, med hjälp av seismiska vågor "skanning", upptäckte forskare i djupet av Yellowstone en stor ansamling av magma (en magmatisk kropp, som experter säger).
Kalderan avger emellertid för mycket helium och koldioxid för att förklaras endast av den hittade magmakroppen. Detta fick forskare att tro att en annan "bubbla" av magma ligger på stora djup. Under 2015 bekräftade seismologiska studier detta antagande.
Men hur mycket magma finns det i dessa två kroppar? Vilket fysiskt tillstånd är hon i? Vad är dess kemiska sammansättning? Alla dessa frågor förblev obesvarade.
För att ta reda på det utförde Colons team storskaliga superdator-simuleringar med hjälp av seismisk data och välkända fysiska lagar.
Som ett resultat presenterade geologer följande bild. På ett djup av 5–10 kilometer observeras den så kallade spröda - duktila övergångszonen. Här vänder de hårda spröda stenarna i den övre jordskorpan till plast och viskös. Detta beror på att en ökning av temperaturen ökar ämnets plasticitet, medan en ökning av trycket minskar skörheten.
De komplexa fysiska förhållandena som råder i denna zon leder till bildandet av ett relativt hårt, inte smält underliggande skikt, som upptar ett djup på 10–20 kilometer. Den består huvudsakligen av gabbro, en sten som är stelnad magma med en hög smältpunkt.
Kampanjvideo:
Under detta skikt, på djup 20–40 kilometer, ligger den nedre magmatiska kroppen, och över - den övre. De skiljer sig åt i kemisk sammansättning. I synnerhet består den övre magmaen av rhyolit och är rik på upplösta gaser. Det som dessa strukturer har gemensamt är att de består av ett ämne med en relativt låg smältpunkt. Detta gör magma flytande. Det mesta av detta material är smälta jordskorpor, även om den nedre magma kroppen delvis matas från manteln.
Den övre "sjön" av magma värms upp och mjukar de närliggande skorpeskikten, men den stora mängden vatten hindrar den från att värmas upp för mycket. Detta vatten matar också de berömda gejsrarna och varma källorna i Yellowstone.
"Simuleringsresultaten överensstämmer med observationer som gjorts genom att skicka seismiska vågor genom detta område," förklarar Bindeman. "Detta verk verkar bekräfta de ursprungliga antagandena och ge oss mer information om platsen för magma i Yellowstone."
Forskarna fick också reda på kännetecknen hos mantelplommen som låg djupt under Yellowstone. Det är 175 grader varmare än de omgivande klipporna, och dess övre gräns ligger på ett djup på 80 kilometer.
"Denna studie hjälper också till att förklara några av de kemiska signaturerna som finns i utbrutna material," säger Colon. "Vi kan också använda det för att studera hur hett mantelröret är genom att jämföra olika plommonmodeller med den faktiska situationen i Yellowstone."
Tyvärr tillåter hittills resultaten av arbetet inte förutsäga datumet för nästa utbrott av supervolkan. Låt oss komma ihåg att en sådan katastrof kan täcka en hel kontinent med ett lager aska. Det sista storskaliga utbrottet av Yellowstone inträffade för cirka 630 tusen år sedan.
Förresten, de erhållna uppgifterna är av intresse inte bara för forskare som studerar Yellowstone. Kolon sa att den resulterande bilden kan vara typisk för supervolkanor runt om i världen.
Anatoly Glyantsev
