Geologen haben die Details der inneren Struktur des Yellowstone-Supervulkans herausgefunden, einschließlich der physikalischen Bedingungen, der chemischen Zusammensetzung und der Gründe für die Bildung seiner verschiedenen Schichten. Die Leistung wird in einem wissenschaftlichen Artikel beschrieben, der in Geophysical Research Letters von Dylan Colon und Ilya Bindeman von der University of Oregon sowie von Taras Gerya von der Schweizerischen Hochschule für Zürich veröffentlicht wurde.
Bereits 2014 entdeckten Wissenschaftler mithilfe des "Scannens" seismischer Wellen eine große Ansammlung von Magma in den Tiefen von Yellowstone (ein magmatischer Körper, wie Experten sagen).
Die Caldera gibt jedoch zu viel Helium und Kohlendioxid ab, um nur durch den gefundenen Magmakörper erklärt zu werden. Dies veranlasste die Wissenschaftler zu der Annahme, dass eine weitere "Blase" aus Magma in großen Tiefen liegt. Im Jahr 2015 bestätigten seismologische Studien diese Annahme.
Aber wie viel Magma ist in diesen beiden Körpern? In welcher körperlichen Verfassung ist sie? Wie ist seine chemische Zusammensetzung? All diese Fragen blieben unbeantwortet.
Um dies herauszufinden, führte das Team von Colon groß angelegte Supercomputersimulationen mit seismischen Daten und bekannten physikalischen Gesetzen durch.
Als Ergebnis präsentierten Geologen das folgende Bild. In einer Tiefe von 5–10 Kilometern wird die sogenannte spröde-duktile Übergangszone beobachtet. Hier weichen die harten spröden Gesteine der oberen Kruste plastisch und viskos. Dies liegt daran, dass ein Temperaturanstieg die Plastizität der Substanz erhöht, während ein Druckanstieg die Zerbrechlichkeit verringert.
Die komplexen physikalischen Bedingungen in dieser Zone führen zur Bildung einer relativ harten, nicht geschmolzenen Unterlage, die eine Tiefe von 10 bis 20 Kilometern einnimmt. Es besteht hauptsächlich aus Gabbro, einem Gestein, das aus erstarrtem Magma mit hohem Schmelzpunkt besteht.
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Unterhalb dieser Schicht befindet sich in Tiefen von 20 bis 40 Kilometern der untere magmatische Körper und oberhalb der obere. Sie unterscheiden sich in der chemischen Zusammensetzung. Insbesondere das obere Magma besteht aus Rhyolith und ist reich an gelösten Gasen. Gemeinsam ist diesen Strukturen, dass sie aus einer Substanz mit einem relativ niedrigen Schmelzpunkt bestehen. Dies macht das Magma flüssig. Das meiste dieses Materials besteht aus geschmolzenem Krustengestein, obwohl der untere Magmakörper teilweise vom Mantel gespeist wird.
Der obere „See“aus Magma erwärmt sich und erweicht die nahe gelegenen Krustenschichten, aber die große Menge Wasser verhindert, dass es sich zu stark erwärmt. Dieses Wasser speist auch die berühmten Geysire und heißen Quellen von Yellowstone.
„Die Simulationsergebnisse stimmen mit Beobachtungen überein, die durch das Senden seismischer Wellen durch dieses Gebiet gemacht wurden“, erklärt Bindeman. "Diese Arbeit scheint die ursprünglichen Annahmen zu bestätigen und uns mehr Informationen über den Standort von Magma in Yellowstone zu geben."
Die Forscher fanden auch die Eigenschaften der tief unter Yellowstone liegenden Mantelwolke heraus. Es ist 175 Grad heißer als die umliegenden Felsen und seine obere Grenze befindet sich in einer Tiefe von 80 Kilometern.
"Diese Studie hilft auch dabei, einige der chemischen Signaturen zu erklären, die in ausgebrochenen Materialien gefunden werden", sagt Colon. "Wir können damit auch untersuchen, wie heiß die Mantelwolke ist, indem wir verschiedene Federmodelle mit der tatsächlichen Situation in Yellowstone vergleichen."
Leider erlauben die Ergebnisse der Arbeiten bis heute keine Vorhersage des Datums des nächsten Supervulkanausbruchs. Erinnern wir uns, dass eine solche Katastrophe einen ganzen Kontinent mit einer Ascheschicht bedecken kann. Der letzte großflächige Ausbruch von Yellowstone ereignete sich vor etwa 630.000 Jahren.
Die erhaltenen Daten sind übrigens nicht nur für Forscher von Interesse, die Yellowstone untersuchen. Colon sagte, das resultierende Bild sei typisch für Supervulkane auf der ganzen Welt.
Anatoly Glyantsev
