Med hjälp av superdatormodellering, Forskare vid University of Oregon har presenterat en ny förklaring till den geologi som ligger till grund för nyligen seismisk avbildning av magmakroppar under Yellowstone National Park.

Yellowstone, en supervulkan känd för explosiva utbrott, stora kalderor och omfattande lavaströmmar, har i åratal uppmärksammats av forskare som försöker förstå platsen och storleken på magmakammare under den. Den sista kalderan som bildade utbrott inträffade 630, 000 år sedan; den sista stora volymen av lava dök upp 70, 000 år sedan.

Skorpan under parken värms upp och mjukas upp av kontinuerliga infusioner av magma som stiger från en anomali som kallas en mantelflyg, liknande källan till magma vid vulkanen Kilauea på Hawaii. Enorma mängder vatten som driver de dramatiska gejsrarna och heta källorna vid Yellowstone kyler skorpan och förhindrar att den blir för varm.

Med datormodellering, ett team under ledning av UO -doktoranden Dylan P. Colón har belyst vad som händer nedan. På 5-10 kilometers djup motsätter sig motsatta krafter varandra, bildar en övergångszon där kalla och styva stenar i den övre skorpan viker för heta, duktilt och till och med delvis smält berg nedanför, teamet rapporterar i ett papper i Geofysiska forskningsbrev .

Denna övergång fångar upp stigande magmas och får dem att ackumuleras och stelna i en stor horisontell kropp som kallas en tröskel, som kan vara upp till 15 kilometer tjock, enligt lagets datormodellering.

"Resultaten av modelleringen matchar observationer som gjorts genom att skicka seismiska vågor genom området, "sa medförfattaren Ilya Bindeman, professor vid UO:s institution för geovetenskap. "Detta arbete verkar verifiera initiala antaganden och ger oss mer information om Yellowstones magmaplatser."

Denna tröskel i mitten av skorpan består av mestadels stelnat gabbro, en sten bildad av kyld magma. Ovan och under låg separata magmakroppar. Den övre innehåller den klibbiga och gasrika rhyolitiska magmen som ibland bryter ut i explosioner som dvärgar 1980-utbrottet på Mount St. Helens i delstaten Washington.

Liknande strukturer kan existera under supervulkaner runt om i världen, Sa Colón. Tröskelens geometri kan också förklara olika kemiska signaturer i utbrottsmaterial, han sa.

Colons projekt för att modellera vad som ligger nedanför landets första nationalpark, som skulpterades för 2 miljoner år sedan av vulkanisk aktivitet, började strax efter att ett papper från Geophysical Research Letters från 2014 av ett team som leds av University of Utah avslöjade bevis från seismiska vågor av en stor magmakropp i den övre skorpan.

Forskare hade misstänkt, dock, att enorma mängder koldioxid och helium som rymmer från marken indikerade att mer magma ligger längre ner. Det mysteriet löstes i maj 2015, när en andra University of Utah-ledd studie, publicerad i tidskriften Science, identifieras med hjälp av seismiska vågor en sekund, större magmassa på 20 till 45 kilometer djup (12-27 miles).

Dock, Colón sa, de seismiska avbildningsstudierna kunde inte identifiera kompositionen, tillstånd och mängd magma i dessa magmakroppar, eller hur och varför de bildades där.

För att förstå de två strukturerna, UO -forskare skrev nya koder för superdatormodellering för att förstå var magma sannolikt kommer att ackumuleras i skorpan. Arbetet gjordes i samarbete med forskare vid Swiss Federal Institute of Technology, även känd som ETH Zürich.

Forskarna fick upprepade gånger resultat som tyder på ett stort lager av kyld magma med en hög smältpunkt vid mitten av skorpans tröskel, separera två magmakroppar med magma vid en lägre smältpunkt, varav mycket härrör från skorpans smältning.

"Vi tror att denna struktur är vad som orsakar rhyolit-basalt vulkanismen i hela Yellowstone hotspot, inklusive supervulkanutbrott, "Sa Bindeman." Det här är barnkammaren, en geologisk och petrologisk matchning med utbrottsprodukter. Vår modellering hjälper till att identifiera den geologiska strukturen för var det rhyolitiska materialet är beläget. "

Den nya forskningen, tills vidare, hjälper inte att förutsäga tidpunkten för framtida utbrott. Istället, det ger ett aldrig tidigare sett utseende som hjälper till att förklara strukturen hos det magmatiska VVS-systemet som driver dessa utbrott, Sa Colón. Det visar var den utbrottbara magman kommer från och ackumuleras, vilket kan hjälpa till med förutsägelser längre ner på linjen.

"Denna forskning hjälper också till att förklara några av de kemiska signaturerna som ses i utbrottsmaterial, "Colón sa." Vi kan också använda den för att utforska hur het mantelflyggen är genom att jämföra modeller av olika plymer med den faktiska situationen i Yellowstone som vi förstår från den geologiska posten. "

Colón utforskar nu vad som påverkar den kemiska sammansättningen av magmas som bryter ut vid vulkaner som Yellowstone.

Studerar växelverkan mellan stigande magmas och skorpans övergångszon, och hur detta påverkar egenskaperna hos magmakropparna som bildas både ovanför och under det, forskarna skrev, bör öka vetenskaplig förståelse för hur mantelplommon påverkar utvecklingen och strukturen av kontinental skorpa.