Φυσική «βαλβίδα ασφαλείας» αποτρέπει την ανατίναξη του ηφαιστείου Yellowstone

Χρησιμοποιώντας καινοτόμες σεισμικές απεικονίσεις και προηγμένα μοντέλα, μια ομάδα ερευνητών από το Πανεπιστήμιο Rice, το Πανεπιστήμιο του Νέου Μεξικού, το Πανεπιστήμιο της Γιούτα και το Πανεπιστήμιο του Τέξας στο Ντάλας χαρτογράφησαν το μαγματικό σύστημα κάτω από τους ατμούς θερμοπίδακες και τις γλάστρες από λάσπη του Εθνικού Πάρκου Yellowstone.

 Η έρευνα ρίχνει νέο φως στην κίνηση μάγματος, αερίων και ρευστών, δείχνοντας πώς ένα καπάκι μερικώς λιωμένου πετρώματος λειτουργεί σαν «βαλβίδα ασφαλείας», επιτρέποντας στα αέρια να διαφύγουν και μειώνοντας τον κίνδυνο ηφαιστειακής έκρηξης. Το Yellowstone είναι ένα από τα μεγαλύτερα και πιο προσεκτικά παρακολουθούμενα ηφαιστειακά συστήματα στον κόσμο και παρά τους τίτλους μιας υπερέκρηξης που περιμένει να συμβεί, η ηφαιστειακή δραστηριότητα δεν παρουσιάζει ανώμαλη συμπεριφορά. 

Προηγούμενες μελέτες είχαν δείξει ότι η κορυφή του συστήματος μάγματος του Yellowstone θα μπορούσε να βρίσκεται σε βάθος από 3 έως 8 χιλιόμετρα. Η γνώση της ακριβούς τοποθεσίας της υπόγειας δεξαμενής μάγματος επιτρέπει στους γεωλόγους να προβλέψουν πώς μπορεί να συμπεριφέρεται ένα ηφαίστειο στο μέλλον - και τι μπορεί να το εμποδίσει να εκραγεί. 

«Για δεκαετίες, γνωρίζαμε ότι υπάρχει μάγμα κάτω από το Yellowstone, αλλά το ακριβές βάθος και η δομή του άνω ορίου του ήταν ένα μεγάλο ερώτημα», λέει ο συν-συγγραφέας της μελέτης Brandon Schmandt, καθηγητής Γης, Περιβαλλοντικών και Πλανητικών Επιστημών στο Πανεπιστήμιο Rice. 

Η ερευνητική ομάδα πραγματοποίησε σεισμική έρευνα υψηλής ευκρίνειας στο βορειοανατολικό τμήμα του πάρκου. Ένα φορτηγό vibroseis 53.000 λιβρών -που συνήθως χρησιμοποιείται για εξερεύνηση πετρελαίου και φυσικού αερίου - προκάλεσε ουσιαστικά μικροσκοπικούς σεισμούς για να στείλει σεισμικά κύματα στο έδαφος. 

Γνωρίζοντας την ταχύτητα ταξιδιού των σεισμικών κυμάτων και χρονομετρώντας την άφιξή τους κατά μήκος μιας σειράς 600 σεισμομέτρων, οι ερευνητές συνέλεξαν μια τεράστια ποσότητα δεδομένων στο υπόγειο του Yellowstone. Στη συνέχεια, τα ακατέργαστα δεδομένα υποβλήθηκαν σε επεξεργασία για να αποκαλυφθούν τυχόν σήματα ανάκλασης και να προσδιοριστούν τα γεωλογικά όρια.  «Το κίνητρο πίσω από την έρευνά μου είναι να προωθήσω τη δομική σεισμική απεικόνιση πέρα ​​από τα όρια των συμβατικών μεθόδων χρόνου ταξιδιού», εξηγεί ο πρώτος συγγραφέας της μελέτης Chenglong Duan, μεταδιδακτορικός ερευνητικός συνεργάτης στο Πανεπιστήμιο Rice. «Χρησιμοποιώντας μια τεχνική απεικόνισης κυματικής εξίσωσης που ανέπτυξα κατά τη διάρκεια του διδακτορικού μου για ακανόνιστα σεισμικά δεδομένα, κάναμε μια από τις πρώτες σούπερ καθαρές εικόνες της κορυφής της δεξαμενής μάγματος κάτω από την καλντέρα του Yellowstone». Τα δεδομένα δείχνουν ένα σημαντικό ανακλαστικό όριο σε περίπου 3,8 χιλιόμετρα βάθος. «Το να βλέπεις έναν τόσο ισχυρό ανακλαστήρα σε αυτό το βάθος ήταν έκπληξη», είπε ο Schmandt. «Μας λέει ότι κάτι σωματικά ξεχωριστό συμβαίνει εκεί».

Για να κατανοήσουν καλύτερα τι προκαλεί αυτό το σήμα, οι Duan και Schmandt μοντελοποίησαν διάφορους συνδυασμούς πετρωμάτων, τήγματος και πτητικών και πώς αντανακλούν τα σεισμικά κύματα. Το καλύτερο ταίριασμα που προσδιόρισαν είναι ένα μείγμα μερικώς λιωμένου βράχου και φυσαλίδων υπέρ-καυτού υγρού (κυρίως νερό και υγροποιημένα αέρια).

Τα υγρά, γνωστά και ως πτητικά συστατικά ενός μάγματος, παίζουν σημαντικό ρόλο στην ώθηση μιας ηφαιστειακής έκρηξης. Καθώς το μάγμα ανεβαίνει και αποσυμπιέζεται, οι υδρατμοί και το διοξείδιο του άνθρακα απαερώνονται από το τήγμα, σχηματίζοντας φυσαλίδες. 

Σε ορισμένες περιπτώσεις, αυτές οι φυσαλίδες μπορεί να συσσωρεύονται μειώνοντας την πυκνότητα του τήγματος και αυξάνοντας την άνωση, οδηγώντας βίαια το μάγμα στην επιφάνεια και τροφοδοτώντας εκρηκτικές εκρήξεις. Αλλά οι σημερινές συνθήκες στο Yellowstone καθιστούν μια επικείμενη έκρηξη πολύ απίθανη. «Παρόλο που εντοπίσαμε ένα στρώμα πλούσιο σε πτητικά, το περιεχόμενό του σε φυσαλίδες και τήγμα είναι κάτω από τα επίπεδα που συνήθως συνδέονται με την επικείμενη έκρηξη», συνοψίζει ο Schmandt τα κύρια αποτελέσματα της μελέτης. 

Το ανιχνευμένο οριακό στρώμα λειτουργεί λίγο σαν μια φυσική «βαλβίδα ασφαλείας», επιτρέποντας στα αέρια να εξαερίζονται και διατηρώντας σταθερή την πίεση και τη θερμότητα στη δεξαμενή μάγματος. «Φαίνεται ότι το σύστημα εξαερίζει αποτελεσματικά αέριο μέσα από ρωγμές και κανάλια μεταξύ ορυκτών κρυστάλλων, κάτι που είναι λογικό για μένα, δεδομένων των άφθονων υδροθερμικών χαρακτηριστικών του Yellowstone που εκπέμπουν μαγματικά αέρια», καταλήγει ο Schmandt. 

Εντοπίζοντας αυτό το αιχμηρό, πλούσιο σε πτητικά καπάκι κάτω από το Yellowstone, η ομάδα έχει δημιουργήσει ένα νέο σημείο αναφοράς για την παρακολούθηση της δραστηριότητας του ηφαιστείου. Μελλοντική έρευνα θα μπορούσε να επιχειρήσει να ανιχνεύσει τυχόν αλλαγές στην περιεκτικότητα τήγματος ή τη συσσώρευση αερίου που μπορεί να χρησιμεύσει ως πρώιμα προειδοποιητικά σημάδια αναταραχής.

Γεωδίφης με πληροφορίες από τη σελίδα  nature

A sharp volatile-rich cap to the Yellowstone magmatic system

Chenglong Duan, Wenkai Song, Brandon Schmandt, Jamie Farrell, David Lumley, Tobias Fischer, Lindsay Lowe Worthington & Fan-Chi Lin 

https://www.nature.com/articles/s41586-025-08775-9

https://news.rice.edu/news/2025/inside-yellowstones-fiery-heart-rice-researchers-map-volatile-rich-cap-offering-clues

https://www.usgs.gov/observatories/yvo