Ett nytt tillvägagångssätt för att analysera seismiska data avslöjar djupa vertikala zoner med låg seismisk hastighet i det rörsystem som ligger bakom Alaskas Cleveland-vulkan, en av de mest aktiva av de mer än 70 aleutiska vulkanerna. Resultaten publiceras i Vetenskapliga rapporter av Helen Janiszewski, nyligen från Carnegie, nu vid University of Hawaii i Manoa, och Carnegies Lara Wagner och Diana Roman.

Bågvulkaner som Cleveland bildas över plattgränser där en tektonisk platta glider under en annan. De är kopplade till jordens mantel av komplexa underjordiska strukturer som korsar hela tjockleken av planetens skorpa. Dessa strukturer är mer komplexa än de stora kamrarna av smält sten som liknar en läroboksillustration av en vulkan. Snarare, de består av en sammanflätad samling av fast sten och en "mosig" blandning av delvis smält sten och fasta kristaller.

Att lösa denna underjordiska arkitektur är avgörande för nödplanering och räddning av människoliv. Men dessa regioner har varit svåra att avbilda.

Eftersom det är omöjligt för människor att direkt observera djupet av vår planets inre, forskare behöver instrument som hjälper dem att visualisera vad som händer där nere. Traditionellt, en mängd olika geofysiska och geokemiska metoder används för att bestämma strukturerna som finns under en vulkan.

Till exempel, de seismiska vågorna som orsakas av jordbävningar kan användas som ett ultraljud för att kartlägga jordens inre. Men för att detta ska fungera, vågorna måste nå de underjordiska strukturer som forskarna vill studera. Även om Cleveland har frekventa gasutsläpp, explosioner, och askavlagringar på dess yta, det finns mycket få bevis för seismisk aktivitet djupt under vulkanen. Detta gör det mycket utmanande att avbilda arkitekturen för den nedre och mellersta skorpan under Cleveland.

Tills nu, antalet instrument som behövdes för att använda seismiska vågor från mer avlägsna jordbävningar för avbildning var oöverkomligt.

I det här arbetet, Janiszewski demonstrerade en ny teknik som använder seismiska vågor som kommer från avlägsna jordbävningar men isolerar bara den del av dem som påverkas av att röra sig genom gränsen mellan jordmanteln och jordskorpan. Detta gjorde det möjligt för Janiszewski att bygga modeller som bättre skiljer de delvis smälta regionerna från det omgivande fasta berget på dessa svåråtkomliga djup under vulkanen Cleveland utan att kräva ett mycket mer omfattande antal seismiska stationer vid ytan.

"Vi avslöjade vulkanens djupa underjordiska struktur i aldrig tidigare sett detalj, använda färre instrument i en storleksordning än vad som är typiskt för detaljerad seismisk avbildning vid vulkaner, sa Janiszewski.

Till skillnad från typiska seismiska avbildningsexperiment som använder dussintals seismometrar, denna studie använde endast åtta. Sex av dessa stationer var utplacerade som en del av det NSF-finansierade experimentet Islands of the Four Mountains mellan augusti 2015 och juli 2016. Två var permanenta Alaska Volcano Observatory-stationer.

"Tekniken kommer att möjliggöra avbildning av strukturer under vulkaner där det bara finns ett fåtal stationer, eller där brist på djupa jordbävningar i närheten gör andra metoder svåra, ", tillade Janiszewski.