Геологи выяснили строение супервулкана Йеллоустон

Геологи выяснили детали внутреннего строения супервулкана Йеллоустон, включая физические условия, химический состав и причины формирования различных его слоёв. Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Geophysical Research Letters Диланом Колоном (Dylan Colon) и Ильёй Биндеманом (Ilya Bindeman) из Орегонского университета, а также Тарасом Герией (Taras Gerya) из Швейцарской высшей технической школы Цюриха.

Ещё в 2014 году с помощью "просвечивания" сейсмическими волнами учёные обнаружили в глубине Йеллоустона крупное скопление магмы (магматическое тело, как говорят специалисты).

Однако кальдера выделяет слишком много гелия и углекислого газа, чтобы их можно было объяснить только лишь найденным магматическим телом. Это натолкнуло учёных на мысль, что на больших глубинах лежит ещё один "пузырь" магмы. В 2015 году сейсмологические исследования подтвердили это предположение.

Но сколько именно магмы в этих двух телах? В каком физическом состоянии она находится? Каков её химический состав? Все эти вопросы оставались без ответа.

Чтобы выяснить это, команда Колона произвела масштабное суперкомпьютерное моделирование с учётом сейсмических данных и хорошо известных физических законов.

В результате геологи представили следующую картину. На глубине 5–10 километров наблюдается так называемая зона хрупко-пластического перехода (brittle–ductile transition zone). Здесь твёрдые хрупкие породы верхней земной коры уступают место пластичным и вязким. Это происходит потому, что рост температуры увеличивает пластичность вещества, тогда как рост давления уменьшает хрупкость.

Сложные физические условия, царящие в этой зоне, приводят к образованию относительно твёрдого, не расплавленного подстилающего слоя, занимающего глубины в 10–20 километров. Он состоит в основном из габбро – горной породы, представляющей собой застывшую магму с высокой температурой плавления.

Ниже этого слоя, на глубинах 20–40 километров, расположено нижнее магматическое тело, а выше — верхнее. Они различаются по химическому составу. В частности, верхняя магма состоит из риолита и богата растворёнными газами. Объединяет эти структуры то, что они состоят из вещества с относительно низкой температурой плавления. Это и делает магму жидкой. Большая часть этого материала представляет собой расплавленные породы коры, хотя нижнее магматическое тело частично подпитывается из мантии.

Верхнее "озеро" магмы нагревает и размягчает близлежащие слои коры, однако большое количество воды не даёт ей нагреться слишком сильно. Эта вода и питает знаменитые гейзеры и горячие источники Йеллоустона.

"Результаты моделирования соответствуют наблюдениям, проведённым путём отправки сейсмических волн через эту область, – поясняет Биндеман. – Эта работа, похоже, подтверждает исходные предположения и даёт нам больше информации о расположении магмы в Йеллоустоне".

Исследователи выяснили и характеристики лежащего глубоко под Йеллоустоном мантийного плюма. Он на 175 градусов Цельсия горячее окружающих пород, а его верхняя граница расположена на глубине 80 километров.

"Это исследование также помогает объяснить некоторые химические "подписи", которые встречаются в изверженных материалах, – говорит Колон. – Мы также можем использовать его для изучения того, насколько горяч мантийный шлейф, сравнивая модели разных плюмов с реальной ситуацией в Йеллоустоне".

К сожалению, на сегодняшний день результаты работы ещё не позволяют спрогнозировать дату ближайшего извержения супервулкана. Напомним, что такой катаклизм способен засыпать слоем пепла целый континент. Последнее же масштабное извержение Йеллоустона произошло около 630 тысяч лет назад.

К слову, полученные данные представляют интерес не только для исследователей, изучающих Йеллоустон. По словам Колона, полученная картина может быть характерна для супервулканов по всему миру. "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) ранее писали о том, как часто происходят их извержения.