Schematiskt diagram som visar geometrin för en typisk subduktionszon och produktionen av bågvulkaner. Kredit:Xiaotao Yang
Bland seismologer, geologin för Alaskas jordbävnings- och vulkanrika kust från Aleuterna till sydost är fascinerande, men inte väl förstådd. Nu, med mer sofistikerade verktyg än tidigare, ett team från University of Massachusetts Amherst rapporterar oväntade nya detaljer om områdets tektoniska plattor och deras relation till vulkaner.
Plattektonik - den ständiga underjordiska rörelsen av kontinentala och havshyllor, kännetecknas ofta av "subduktionszoner" där plattor krockar, en glider vanligtvis under en annan. Många är främsta jordbävnings- och vulkanutsatta regioner.
Huvudförfattaren Xiaotao Yang säger, "Under en lång tid, hela centrala Alaska-regionen troddes ha en enkel subduktionsplatta. Vad vi upptäckte är att det faktiskt finns två stora subduktionsplattor. Det är en överraskning att vi ser skillnader mellan dessa två plattor och de tillhörande mantelmaterialen." Yang säger att den nya forskningen visar, "det finns många fler subtiliteter och varianter som vi inte hade sett tidigare."
Yang, som gjorde detta arbete på UMass Amherst med medförfattaren Haiying Gao, är nu på fakulteten vid Purdue University. Skriver i Journal of Geophysical Research:Solid Earth , de påpekar att centrala Alaska är "en idealisk plats för att undersöka subduktionssegmentering och dess korrelation med vulkanfördelning" eftersom "det inte är klart förstått vad som styr fördelningen av bågvulkaner."
Yang säger att deras studie belyser hur komplex en subduktionszon kan vara och hur denna komplexitet kan styra vulkanens distribution. Det hjälper också till att klargöra en långvarig fråga inom seismologi:vad bestämmer om vulkaner finns och om de är i en linjär båge, eller i kluster. Yang säger att det delvis beror på om stenar djupt i manteln ovanför den subducerande plattan smälter till magma, och hur magma lagras i skorpan.
För sina undersökningar, Yang och Gao använde en kraftfull seismisk avbildningsteknik som Yang säger liknar en medicinsk CAT-skanning av jorden. Med det, de konstruerade en detaljerad seismisk hastighetsmodell av Aleutian-Alaska marginalen från skorpan till den översta manteln. Seismisk hastighet hänvisar till den hastighet med vilken en seismisk våg färdas genom ett material som magma eller skorpa. Vågor färdas långsammare genom låg densitet, material med låg hastighet jämfört med omgivande stenar, till exempel, han säger.
Forskarnas nya modell avslöjar flera nedåtgående plattor, med olika seismiska hastigheter, tjocklekar och doppningsvinklar, de skriver. Yang tillägger, "När vi fick titta på de två centrala Alaska-vulkanerna för första gången på ett riktigt exakt sätt, det vi ser är ett mycket mer komplicerat subduktionssystem än vi visste tidigare. Denna nya information om komplexiteten hjälper oss att förstå fördelningen av vulkaner i Alaska. Det hela är mer komplicerat än vad verktygen kunde visa oss tidigare, " han lägger till.
Deras resultat hjälper till att förklara varför det finns ett brott i vulkanbågen som kallas Denali Volcanic Gap, säger Yang. Nedanför den finns ett kilformat område av material med hög seismisk hastighet ovanför subduktionsplattan men under manteln. Det är relativt kallt och torrt utan att smälta, vilket förklarar varför det inte finns någon vulkan i regionen.
Schematiska modeller som illustrerar den mångfaldiga magmatismen längs Alaskas subduktionszon över stora vulkanområden och Denali vulkaniska gapet. Modellerna är baserade på de stora seismiska observationerna från vår hastighetsmodell, motsvarande de vertikala hastighetsprofilerna. Denna siffra modifierades från figur 11 i den publicerade tidningen, tillhandahålls av författaren. Kredit:Xiaotao Yang
Däremot vulkanklustret i Wrangells vulkanfält har inte samma signatur, han lägger till. Wrangell-vulkanerna har material med tydligt låg seismisk hastighet i jordskorpan. Det är en ganska stor magma-reservoar som kan förklara varför de är i en klunga istället för en båge, Yang säger, men "det faktum att det finns där hjälper till att förklara var magman kom ifrån för tidigare utbrott."
Denna studie möjliggjordes av National Science Foundations (NSF) array av seismiska sensorer i Alaska, del av sitt EarthScope Transportable Array-program (http://www.usarray.org), Yang anteckningar. Hans medförfattare Gao hade startfinansiering från UMass Amherst och ett NSF KARRIÄR-anslag. De använde också beräkningsresurser vid Massachusetts Green High Performance Computing Center i Holyoke.
Yang säger att deras arbete bidrar till seismologernas förståelse av vulkanutbredning i Cascades i Pacific Northwest, Sydamerika och södra Stilla havet. Han hoppas kunna följa upp med mer detaljerade analyser av magma-reservoarer i jordskorpan, hur vulkaner matas och särskilt, om aleutiska vulkaner har magma i skorpan.
