Old Faithful is de beroemdste bezienswaardigheid van Yellowstone National Park. Miljoenen bezoekers komen elk jaar naar het park om de geiser elke 44-125 minuten te zien uitbarsten. Maar ondanks de bekendheid van Old Faithful, er was relatief weinig bekend over de geologische anatomie van de structuur en de vloeistofpaden die de geiser onder het oppervlak van brandstof voorzien. Tot nu.

Wetenschappers van de Universiteit van Utah hebben de nabije oppervlaktegeologie rond Old Faithful in kaart gebracht, het onthullen van het reservoir met verwarmd water dat de oppervlakteopening van de geiser voedt en hoe het schudden van de grond zich gedraagt ​​tussen uitbarstingen. De kaart werd mogelijk gemaakt door een dicht netwerk van draagbare seismografen en door nieuwe seismische analysetechnieken. De resultaten zijn gepubliceerd in Geofysische onderzoeksbrieven . Promovendus Sin-Mei Wu is de eerste auteur.

Voor Robert Smit, een oude Yellowstone-onderzoeker en vooraanstaand onderzoeksprofessor in de geologie en geofysica, de studie is het hoogtepunt van meer dan een decennium van planning en komt op het moment dat hij zijn 60e jaar in het eerste nationale park van Amerika viert.

"Hier is de iconische geiser van Yellowstone, "zegt Smith. "Het is over de hele wereld bekend, maar het complete geologische loodgieterswerk van het Upper Geyser Basin van Yellowstone is niet in kaart gebracht en we hebben ook niet onderzocht hoe de timing van uitbarstingen verband houdt met voorlopers van grondtrillingen vóór uitbarstingen."

Kleine seismometers

Old Faithful is een iconisch voorbeeld van een hydrothermale functie, en in het bijzonder van de kenmerken in Yellowstone National Park, die wordt ondersteund door twee actieve magmareservoirs op een diepte van 5 tot 40 km die warmte leveren aan het bovenliggende grondwater. Op sommige plaatsen in Yellowstone, het hete water manifesteert zich in zwembaden en bronnen. In andere, het neemt de vorm aan van explosieve geisers.

Tientallen gebouwen omringen Old Faithful, inclusief hotels, een cadeauwinkel en een bezoekerscentrum. Sommige van deze gebouwen, de Park Service heeft gevonden, zijn gebouwd over thermische kenmerken die leiden tot overmatige hitte onder de gebouwde omgeving. Als onderdeel van hun plan om het Old Faithful-gebied te beheren, de Park Service vroeg wetenschappers van de Universiteit van Utah om een ​​geologisch onderzoek uit te voeren van het gebied rond de geiser.

Voor jaren, studie co-auteurs Jamie Farrell en Fan-Chi Lin, samen met Smit, hebben gewerkt om de magmareservoirs diep onder Yellowstone te karakteriseren. Hoewel geologen seismische gegevens van grote aardbevingen kunnen gebruiken om kenmerken diep in de aarde te zien, de ondiepe ondergrondse geologie van het park is een mysterie gebleven, omdat het in kaart brengen ervan de dagelijkse miniatuurbewegingen van de grond en seismische energie op een veel kleinere schaal zou moeten vastleggen. "We proberen continu grondschudden te gebruiken dat door mensen wordt geproduceerd, auto's, wind, water en het hydrothermale kookpunt van Yellowstone en zet het om in ons signaal, " Zegt Lin. "We kunnen een nuttig signaal extraheren uit de omgevingstrillingen op de achtergrond."

Daten, de Universiteit van Utah heeft 30 permanente seismometers rond het park geplaatst om het schudden van de grond te registreren en te controleren op aardbevingen en vulkanische gebeurtenissen. De kosten van deze seismometers, echter, kan gemakkelijk meer dan $ 10 bedragen, 000. Kleine seismometers, ontwikkeld door Fairfield Nodal voor de olie- en gasindustrie, de kosten verlagen tot minder dan $ 2, 000 per stuk. Het zijn kleine witte bussen van ongeveer 15 cm hoog en zijn volledig autonoom en op zichzelf staand. "Je haalt het er gewoon uit en steekt het in de grond, "zegt Smit.

in 2015, met de nieuwe instrumenten, het Utah-team zette 133 seismometers in de gebieden Old Faithful en Geyser Hill in voor een campagne van twee weken.

De sensoren pikten uitbarstingen van intense seismische trillingen op rond Old Faithful, ongeveer 60 minuten lang, gescheiden door ongeveer 30 minuten stilte. Als Farrell deze patronen presenteert, hij vraagt ​​het publiek vaak op welk punt zij denken dat de uitbarsting van Old Faithful plaatsvindt. Verrassend genoeg, het is niet op het hoogtepunt van schudden. Het is aan het einde, net voordat alles weer stil wordt.

Na een uitbarsting, het reservoir van de geiser vult zich weer met heet water, Farrel legt uit. "Als die holte zich vult, je hebt veel hete bubbels onder druk, "zegt hij. "Als ze komen, ze koelen heel snel af en ze storten in en imploderen." De energie die vrijkomt bij die implosies veroorzaakt de trillingen die tot een uitbarsting leiden.

Het geluid van de ene wetenschapper is het signaal van een andere wetenschapper

Typisch, onderzoekers creëren een seismisch signaal door een hamer op een metalen plaat op de grond te zwaaien. Lin en Wu ontwikkelden de rekentools die zouden helpen bij het vinden van bruikbare signalen tussen de seismische ruis zonder de gevoelige omgeving in het Upper Geyser Basin te verstoren. Wu zegt dat ze de hydrothermische kenmerken zelf als seismische bron kon gebruiken, om te bestuderen hoe seismische energie zich voortplant door signalen die bij de sensor in de buurt van een persistente bron zijn geregistreerd, te correleren met andere sensoren. "Het is verbazingwekkend dat je de hydrothermische bron kunt gebruiken om de structuur hier te observeren, " ze zegt.

Bij het analyseren van gegevens van de seismische sensoren, de onderzoekers merkten dat tremorsignalen van Old Faithful de westelijke promenade niet bereikten. Seismische golven gewonnen uit een andere hydrothermische functie in het noorden vertraagden en verspreidden zich aanzienlijk in bijna hetzelfde gebied, wat suggereert dat ergens ten westen van Old Faithful een ondergrondse functie was die de seismische golven op een abnormale manier beïnvloedt. Met een dicht netwerk van seismometers, het team kon de vorm bepalen, maat, en locatie van de functie, waarvan zij denken dat het het hydrothermale reservoir van Old Faithful is.

Wu schat dat het reservoir, een netwerk van scheuren en breuken waardoor water stroomt, heeft een diameter van ongeveer 200 meter, iets groter dan het Rice-Eccles Stadium van de University of Utah, en kan ongeveer 300, 000 kubieke meter water, of meer dan 79 miljoen gallons. Ter vergelijking, bij elke uitbarsting van Old Faithful komt ongeveer 30 m . vrij ³ van water, of bijna 8, 000 liter. "Hoewel het een ruwe schatting is, we waren verrast dat het zo groot was, "zegt Wu.

Verdere werkzaamheden

Het team is nog lang niet klaar met het beantwoorden van vragen over Yellowstone. Ze keerden terug voor een ander seismisch onderzoek in november 2016 en plannen hun inzet in 2017, om te beginnen nadat de parkwegen voor de winter gesloten zijn. Wu bekijkt hoe de luchttemperatuur de ondergrondse structuur kan veranderen en de voortplanting van seismische golven kan beïnvloeden. Farrell gebruikt de seismische gegevens van het team om te voorspellen hoe aardbevingsgolven door de regio kunnen weerkaatsen. Smith kijkt ernaar uit om soortgelijke analyses uit te voeren in Norris Geyser Basin, het heetste geothermische gebied van het park. Lin zegt dat het onderzoeksprogramma van de Universiteit van Utah in Yellowstone veel te danken heeft aan Smiths decennialange relatie met het park, nieuwe ontdekkingen mogelijk maken. "Je hebt nieuwe technieken nodig, "Lijn zegt, "maar ook die langdurige relaties."