Используя суперкомпьютерное моделирование, ученые Орегонского университета представили новое объяснение геологии, лежащей в основе недавних сейсмических изображений магматических тел под Йеллоустонским национальным парком.
Йеллоустоун, супервулкан, известный взрывными извержениями, большими кальдерами и обширными потоками лавы, в течение многих лет привлекал внимание ученых, пытающихся понять расположение и размеры магматических очагов под ним. Последнее извержение, образующее кальдеру, произошло 630 000 лет назад; последний большой объем лавы всплыл на поверхность 70 000 лет назад.
Кора под парком нагревается и размягчается за счет непрерывного вливания магмы, которая поднимается из аномалии, называемой мантийным плюмом, похожей на источник магмы вулкана Килауэа на Гавайях. Огромные объемы воды, которая питает драматические гейзеры и горячие источники в Йеллоустоне, охлаждают земную кору и не дают ей стать слишком горячей.
С помощью компьютерного моделирования команда под руководством докторанта UO Дилана П. Колона пролила свет на то, что происходит внизу. На глубине 5-10 километров (3-6 миль) противоборствующие силы противостоят друг другу, образуя переходную зону, где холодные и твердые породы верхней коры уступают место горячим, пластичным и даже частично расплавленным породам внизу, сообщает команда в отчете. статья в Geophysical Research Letters.
Этот переход захватывает поднимающуюся магму и заставляет ее накапливаться и затвердевать в большом горизонтальном теле, называемом порогом, толщина которого может достигать 15 километров (9 миль), согласно компьютерному моделированию команды.
«Результаты моделирования совпадают с наблюдениями, сделанными путем отправки сейсмических волн через этот район», - сказал соавтор Илья Биндеман, профессор кафедры наук о Земле UO. «Эта работа подтверждает первоначальные предположения и дает нам больше информации о местонахождении магмы в Йеллоустоуне».
Этот среднекоровый порог состоит в основном из затвердевшего габбро, породы, образовавшейся из остывшей магмы. Выше и ниже лежали отдельные магматические тела. Верхний содержит липкую и богатую газом риолитовую магму, которая время от времени извергается взрывами, которые затмевают извержение вулкана Сент-Хеленс в 1980 году в штате Вашингтон..
Подобные структуры могут существовать под супервулканами по всему миру, сказал Колон. По его словам, геометрия порога также может объяснить различные химические характеристики эруптивных материалов.
Проект Колона по моделированию того, что находится под первым национальным парком страны, который был создан 2 миллиона лет назад в результате вулканической активности, начался вскоре после того, как в 2014 году в журнале Geophysical Research Letters была опубликована статья под руководством Университета Юты, в которой были обнаружены свидетельства сейсмических исследований. волны крупного магматического тела в верхней коре.
Ученые, однако, подозревали, что огромное количество углекислого газа и гелия, выделяющихся из-под земли, указывает на то, что магма находится глубже. Эта загадка была раскрыта в мае 2015 года, когда второе исследование под руководством Университета Юты, опубликованное в журнале Science, выявило с помощью сейсмических волн второе, более крупное тело магмы на глубине от 20 до 45 километров (12-27 миль)..
Однако, сказал Колон, сейсмические исследования не смогли определить состав, состояние и количество магмы в этих магматических телах или как и почему они там образовались.
Чтобы понять две структуры, исследователи UO написали новые коды для суперкомпьютерного моделирования, чтобы понять, где в земной коре может скапливаться магма. Работа была выполнена в сотрудничестве с исследователями из Швейцарского федерального технологического института, также известного как ETH Zurich.
Исследователи неоднократно получали результаты, свидетельствующие о том, что в среднем слое земной коры образуется большой слой охлажденной магмы с высокой температурой плавления, разделяющий два магматических тела с магмой с более низкой температурой плавления, большая часть которых образовалась в результате плавления корочка.
«Мы думаем, что эта структура является причиной риолит-базальтового вулканизма во всей горячей точке Йеллоустоуна, включая извержения супервулканов», - сказал Биндеман. «Это питомник, геологическое и петрологическое совпадение с продуктами извержений. Наше моделирование помогает определить геологическую структуру того места, где находится риолитовый материал».
Новое исследование на данный момент не помогает предсказать время будущих извержений. Вместо этого он дает невиданный ранее взгляд, который помогает объяснить структуру магматической водопроводной системы, которая подпитывает эти извержения, сказал Колон. Он показывает, где зарождается и накапливается извергающаяся магма, что может помочь в дальнейшей работе по прогнозированию.
«Это исследование также помогает объяснить некоторые химические признаки, наблюдаемые в эруптивных материалах», - сказал Колон. «Мы также можем использовать его для изучения того, насколько горяч мантийный шлейф, сравнивая модели различных шлейфов с реальной ситуацией в Йеллоустоуне, которую мы понимаем из геологических данных."
Колон сейчас изучает, что влияет на химический состав магмы, извергающейся из таких вулканов, как Йеллоустоун.
Изучение взаимодействия восходящей магмы с переходной зоной земной коры и того, как это влияет на свойства магматических тел, формирующихся как над ней, так и под ней, пишут ученые, должно способствовать научному пониманию того, как мантийные плюмы влияют на эволюцию. и строение континентальной коры.