Met behulp van supercomputermodellering, Wetenschappers van de Universiteit van Oregon hebben een nieuwe verklaring onthuld voor de geologie die ten grondslag ligt aan recente seismische beeldvorming van magmalichamen onder Yellowstone National Park.

Geelsteen, een supervulkaan die bekend staat om zijn explosieve uitbarstingen, grote caldera's en uitgebreide lavastromen, heeft jarenlang de aandacht getrokken van wetenschappers die de locatie en de grootte van de magmakamers eronder probeerden te begrijpen. De laatste uitbarsting die de caldera vormde vond plaats in 630, 000 jaar geleden; het laatste grote volume lava is opgedoken 70, 000 jaar geleden.

Korst onder het park wordt verwarmd en verzacht door continue infusies van magma die opstijgen uit een anomalie die een mantelpluim wordt genoemd, vergelijkbaar met de bron van het magma bij de vulkaan Kilauea in Hawaï. Enorme hoeveelheden water die de dramatische geisers en warmwaterbronnen van Yellowstone van brandstof voorzien, koelen de korst en voorkomen dat deze te heet wordt.

Met computermodellering, een team onder leiding van UO-promovendus Dylan P. Colón heeft licht geworpen op wat hieronder gebeurt. Op diepten van 5-10 kilometer (3-6 mijl) gaan tegengestelde krachten elkaar tegen, een overgangszone vormen waar koude en stijve rotsen van de bovenste korst plaatsmaken voor heet, ductiel en zelfs gedeeltelijk gesmolten gesteente eronder, het team rapporteert in een paper in Geofysische onderzoeksbrieven .

Deze overgang vangt opkomend magma op en zorgt ervoor dat ze zich ophopen en stollen in een groot horizontaal lichaam dat een drempel wordt genoemd, die tot 15 kilometer (9 mijl) dik kan zijn, volgens de computermodellen van het team.

"De resultaten van de modellering komen overeen met waarnemingen die zijn gedaan door seismische golven door het gebied te sturen, " zei co-auteur Ilya Bindeman, een professor bij de afdeling Aardwetenschappen van de UO. "Dit werk lijkt de eerste aannames te valideren en geeft ons meer informatie over de magmalocaties van Yellowstone."

Deze middenkorstdorpel bestaat voornamelijk uit gestolde gabbro, een gesteente gevormd uit afgekoeld magma. Boven en onder lagen afzonderlijke magmalichamen. De bovenste bevat het kleverige en gasrijke rhyolitische magma dat af en toe uitbarst in explosies die de uitbarsting van Mount St. Helens in de staat Washington in 1980 in het niet doen.

Soortgelijke structuren kunnen bestaan ​​onder supervulkanen over de hele wereld, zei Colon. De geometrie van de dorpel kan ook verschillende chemische handtekeningen in eruptieve materialen verklaren, hij zei.

Colón's project om te modelleren wat zich onder het eerste nationale park van het land bevindt, die 2 miljoen jaar geleden werd gevormd door vulkanische activiteit, begon kort nadat een artikel uit 2014 in Geophysical Research Letters door een door de Universiteit van Utah geleid team bewijsmateriaal onthulde van seismische golven van een groot magmalichaam in de bovenste korst.

Wetenschappers hadden vermoed, echter, dat enorme hoeveelheden koolstofdioxide en helium die uit de grond ontsnapten, erop wezen dat er meer magma zich verder naar beneden bevindt. Dat mysterie werd in mei 2015 opgelost toen een tweede door de Universiteit van Utah geleide studie, gepubliceerd in het tijdschrift Science, geïdentificeerd door middel van seismische golven per seconde, grotere hoeveelheid magma op een diepte van 20 tot 45 kilometer (12-27 mijl).

Echter, Colon zei, de seismische beeldvormingsstudies konden de samenstelling niet identificeren, staat en hoeveelheid magma in deze magmalichamen, of hoe en waarom ze daar gevormd zijn.

Om de twee structuren te begrijpen, UO-onderzoekers schreven nieuwe codes voor supercomputermodellering om te begrijpen waar magma zich waarschijnlijk in de korst ophoopt. Het werk werd gedaan in samenwerking met onderzoekers van het Zwitserse Federale Instituut voor Technologie, ook bekend als ETH Zürich.

De onderzoekers kregen herhaaldelijk resultaten die wijzen op een grote laag gekoeld magma met een hoog smeltpunt vormt zich bij de middenkorstdorpel, het scheiden van twee magmalichamen met magma op een lager smeltpunt, waarvan een groot deel is afgeleid van het smelten van de korst.

"We denken dat deze structuur de oorzaak is van het ryoliet-basalt-vulkanisme in de Yellowstone-hotspot, inclusief supervulkaanuitbarstingen, "Zei Bindeman. "Dit is de kwekerij, een geologische en petrologische match met eruptieve producten. Onze modellering helpt bij het identificeren van de geologische structuur van waar het rhyolitische materiaal zich bevindt."

Het nieuwe onderzoek, voor nu, helpt niet om de timing van toekomstige uitbarstingen te voorspellen. In plaats daarvan, het biedt een nooit eerder geziene look die helpt bij het verklaren van de structuur van het magmatische sanitairsysteem dat deze uitbarstingen voedt, zei Colon. Het laat zien waar het uitbarstende magma ontstaat en zich ophoopt, wat zou kunnen helpen bij voorspellingsinspanningen verderop.

"Dit onderzoek helpt ook om enkele van de chemische handtekeningen te verklaren die worden gezien in uitbarstende materialen, "Zei Colón. "We kunnen het ook gebruiken om te onderzoeken hoe heet de mantelpluim is door modellen van verschillende pluimen te vergelijken met de werkelijke situatie in Yellowstone die we begrijpen uit de geologische gegevens."

Colón onderzoekt nu wat de chemische samenstelling beïnvloedt van magma's die uitbarsten bij vulkanen zoals Yellowstone.

Het bestuderen van de interactie van stijgende magma's met de overgangszone van de aardkorst, en hoe dit de eigenschappen beïnvloedt van de magmalichamen die zich zowel erboven als eronder vormen, de wetenschappers schreven, zou het wetenschappelijk inzicht moeten vergroten in hoe mantelpluimen de evolutie en structuur van continentale korst beïnvloeden.