[圖文]美國黃石火山炙熱岩石構成的地幔柱體積超預計













黃石國家公園地幔柱導電性的第一幅大比例圖像,展現了為這座超級火山『供料』的由部分溶化的岩石構成的地幔柱。黃色和紅色區域導電性較高,綠色和藍色區域導電性較低。














黃石國家公園地跨懷俄明州、蒙大拿州和愛達荷州,過去210萬年時間裡曾發生3次災難性噴發。


世界上最大的超級火山——美國黃石火山由部分溶化的炙熱岩石構成的地幔柱負責『供料』,根據美國研究人員進行的一項新研究,這個地幔柱的體積超過科學家此前的預計。


美國猶他州大學的科學家繪制了第一幅黃石國家公園地幔柱導電性的大比例圖像。根據這幅圖像,這個地幔柱的體積超過此前使用地震波繪制的圖像。猶他州大學研究員羅伯特?史密斯教授表示:『我們采用了全新的方式繪畫,了解黃石的火山根源。』


在2009年12月進行的一項研究中,史密斯利用地震波繪制出負責為黃石火山『供料』的『熱區』管道系統的最為詳細的圖像。地震波在冷岩中的穿行速度較快,熱岩中的速度較慢。有關地震波速度的測量數據用於繪制一幅三維圖像,就像利用X射線產生CT掃描圖一樣。


2009年的圖像顯示,部分溶化的炙熱岩石構成的地幔柱與黃石火山成60度角,向西/西北延伸150英裡,向蒙大拿州-愛達荷州交界處地下至少延伸410英裡,這是地震波成像能夠『看到』的最遠區域。


新研究中,黃石地幔柱導電性——由溶化的硅酸鹽岩石和混合在部分溶化的岩石中的炙熱咸水產生——圖像顯示,地幔柱的導電性可能以40度的角度緩慢向西下降,從東向西可能延伸了400英裡。史密斯表示,黃石地幔柱的地電和地震波圖像存在差異,因為『我們呈現的是不同的東西』。地震波圖像主要關注延緩地震波的溶化或部分溶化的岩石,地電圖像則關注導電的咸液體。研究論文合著者邁克爾?紮達諾夫說:『地幔柱的導電性與周圍岩石不相上下,接近海水。』


研究人員表示地幔柱地電圖像傾斜度較小說明,地震波圖像——有點像一個傾斜的龍卷風——可能被一個更大的由部分溶化的岩石和液體構成的地下套封住。史密斯說:『地電圖像呈現的地幔柱體積更大。我們可以做出這樣一種推斷,即存在比地震波圖像呈現的更多液體。盡管存在這種差異,這個導電體的位置在兩種圖像中大致相同,並且擁有類似的幾何結構。』


紮達諾夫2010年指出,其他研究人員在一次比較黃石地下導電和地震特征的會議上公布了初步發現,但所涉及的深度較淺,面積也較小。研究人員利用地球探測計劃獲取的數據,研究北美洲的結構和演化。由於涉及的數據數量巨大,利用這些數據對黃石地幔柱成像是一項計算處理方面的挑戰。這些數據是由跨黃石國家公園的懷俄明州、蒙大拿州和愛達荷州的115座觀測站收集的,觀測站裝有電和磁場傳感器。


研究人員在一臺超級電腦上進行模擬,根據已知的地下結構預測一個平面上預計中的電與磁場測量數據。這允許真實的平面測量數據進行『倒轉』,繪制地下結構的圖像。紮達諾夫表示,超級計算機歷時大約18個小時完成繪制地幔柱地電圖像所需要的所有計算。繪制黃石地幔柱地電圖像需要200萬像素。


根據這項新研究,黃石火山發生另一次災難性噴發的可能性微乎其微。過去200萬年時間裡,這座超級火山曾發生3次災難性噴發。大約1700萬年前,由部分溶化的炙熱岩石構成的地幔柱在現今俄勒岡州-愛達荷州-內華達州交界附近第一次噴發。隨著北美洲緩緩向西南方向移動,沿東北方向——現在的愛達荷州斯內克河平原——共發生140多次大規模噴發,是地球上已知規模最大的噴發之一。


大約200萬年前,熱區最終抵達黃石,共發生3次災難性噴發,分別是在大約200萬年前,130萬年前和64.2萬年前。其中的兩次噴發噴出的火山灰覆蓋了北美半數地區,火山灰數量分別是1980年華盛頓州聖海倫火山噴發的2500倍和1000倍。在大規模噴發之間,黃石也多次發生小規模噴發,最近一次是在7萬年前。
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