Йеллоустонская кальдера , иногда называемая Йеллоустонским супервулканом , — это вулканическая кальдера и супервулкан в Йеллоустонском национальном парке на западе США . Кальдера и большая часть парка расположены в северо-западной части штата Вайоминг . Кальдера имеет размеры 43 на 28 миль (70 на 45 километров), а посткальдерные лавы изливаются на значительное расстояние за пределы самой кальдеры. [4]
Кальдера образовалась во время последнего из трех суперизвержений за последние 2,1 миллиона лет: извержения Гекльберри-Ридж 2,1 миллиона лет назад (которое создало кальдеру Айленд-Парк и туф Гекльберри-Ридж ), извержения Меса-Фолс 1,3 миллиона лет назад (которое создало Кальдера Генри Форк и туф Меса-Фолс ), а также извержение Лава-Крик примерно 640 000 лет назад (в результате которого образовалась Йеллоустонская кальдера и туф Лава-Крик ). [5]
Кальдера была самой крупной из известных до открытия кальдеры Аполаки в 2019 году, которая более чем в два раза шире. [6]
Вулканизм в Йеллоустоне возник относительно недавно: кальдеры образовались в результате крупных извержений, произошедших 2,1 миллиона, 1,3 миллиона и 640 000 лет назад. Кальдеры расположены над горячей точкой Йеллоустоуна под Йеллоустонским плато , где легкая и горячая магма (расплавленная порода) из мантии поднимается к поверхности. Горячая точка, кажется, движется по местности в направлении восток-северо-восток и отвечает за восточную половину равнины Снейк-Ривер в Айдахо , но на самом деле горячая точка находится намного глубже, чем окружающая местность, и остается неподвижной, пока Северо-Американская плита движется. над ним с запада на юго-запад. [7]
За последние 16,5 миллионов лет или около того эта горячая точка породила череду взрывных извержений и менее сильных наводнений базальтовой лавы . Вместе эти извержения помогли создать восточную часть равнины реки Снейк (к западу от Йеллоустона) из некогда горного региона. [8] По крайней мере дюжина из этих извержений были настолько массивными, что их классифицируют как суперизвержения . Извержения вулканов иногда опустошают запасы магмы так быстро, что покрывающая их земля обрушивается в опустевший магматический очаг , образуя географическую депрессию, называемую кальдерой. [9]
Самый старый из обнаруженных остатков кальдеры находится на границе возле Макдермитта, штат Невада, и штата Орегон , хотя существуют вулканокластические груды и дугообразные разломы , которые определяют комплексы кальдер диаметром более 60 км (37 миль) в группе Кармакс на юго-западе и центральной части Юкона , Канада. Считается, что они образовались 70 миллионов лет назад в горячей точке Йеллоустона. [10] [11] Все более молодые вулканические образования, большинство из которых сгруппированы в несколько перекрывающихся вулканических полей , простираются от границы Невады и Орегона через восточную равнину реки Снейк и заканчиваются на Йеллоустонском плато. Одно из таких полей, вулканическое поле Бруно-Джарбидж на юге Айдахо , образовалось между 10 и 12 миллионами лет назад, и в результате этого события пепел упал на глубину одного фута (30 см) на расстоянии 1000 миль (1600 км) на северо-востоке Небраски и убили большие стада носорогов , верблюдов и других животных в Государственном историческом парке Эшфолл Ископаемые пласты . По оценкам Геологической службы США (USGS), в миллион лет происходит одно или два крупных извержения, образующих кальдеру, и около сотни извержений, выбрасывающих лаву, а также «от нескольких до многих» паровых извержений в столетие. [12]
Расплывчатый термин « супервулкан » использовался для описания вулканических полей, вызывающих исключительно крупные извержения вулканов. Определенный таким образом, Йеллоустонский супервулкан — это вулканическое поле, вызвавшее три последних суперизвержения из горячей точки Йеллоустона; оно также произвело еще одно извержение меньшего размера, создав тем самым Западный палец Йеллоустонского озера [13] 174 000 лет назад. Три суперизвержения произошли 2,1 миллиона, 1,3 миллиона и примерно 640 000 лет назад, образовав кальдеру Айленд-Парк , кальдеру Генри Форк и кальдеру Йеллоустона соответственно. [14] Суперизвержение кальдеры Айленд-Парк ( 2,1 миллиона лет назад), в результате которого образовался туф Гекльберри-Ридж , было крупнейшим и произвело в 2500 раз больше пепла, чем извержение горы Сент-Хеленс в 1980 году . Следующее по величине суперизвержение образовало Йеллоустонскую кальдеру (640 000 лет назад) и образовало туф Лава-Крик . Кальдера Генрис-Форк (1,2 миллиона лет назад) образовала меньший туф Меса-Фолс , но это единственная кальдера из горячей точки равнины Снейк-Ривер-Йеллоустоун, которая хорошо видна сегодня. [15]
Невзрывные извержения лавы и менее сильные эксплозивные извержения произошли в Йеллоустонской кальдере и вблизи нее со времени последнего суперизвержения. [16] [17] Самый последний поток лавы произошел около 70 000 лет назад, а сильное извержение привело к раскопкам Западного пальца озера Йеллоустоун 174 000 лет назад. Происходят и более мелкие паровые взрывы . Взрыв, произошедший 13 800 лет назад, оставил кратер диаметром 5 км (3,1 мили) в заливе Мэри на краю Йеллоустонского озера (расположенного в центре кальдеры). [18] [3] В настоящее время вулканическая активность проявляется через многочисленные геотермальные жерла, разбросанные по всему региону, в том числе знаменитый Старый Верный Гейзер , а также зарегистрированное вздутие земли, указывающее на продолжающуюся инфляцию нижележащей магматической камеры. [ нужна цитата ]
Извержения вулканов, а также продолжающаяся геотермальная активность являются результатом огромного шлейфа магмы, расположенного под поверхностью кальдеры. Магма в этом шлейфе содержит газы, которые растворяются под огромным давлением, под которым находится магма. Если давление сбрасывается в достаточной степени в результате какого-то геологического сдвига, то некоторые газы выходят наружу и заставляют магму расширяться. Это может вызвать цепную реакцию. Если расширение приводит к дальнейшему сбросу давления, например, за счет сдувания материала корки с верхней части камеры, результатом является очень сильный газовый взрыв. [ нужна цитата ]
Согласно анализу данных о землетрясении 2013 года, магматическая камера имеет длину 80 км (50 миль) и ширину 20 км (12 миль). Он также имеет подземный объем 4000 км 3 (960 кубических миль), из которых 6–8% заполнено расплавленной породой. Это примерно в 2,5 раза больше, чем предполагали ученые ранее; однако ученые полагают, что доля расплавленной породы в очаге слишком мала, чтобы допустить еще одно суперизвержение. [19] [20] [21]
В октябре 2017 года исследования Университета штата Аризона показали, что перед последним суперизвержением Йеллоустона магма хлынула в магматический очаг двумя крупными притоками. Анализ кристаллов лавы Йеллоустона показал, что перед последним суперизвержением в магматическом очаге произошло быстрое повышение температуры и изменение состава. Анализ показал, что резервуар магмы Йеллоустона может достичь изверженной мощности и вызвать суперизвержение всего за десятилетия, а не столетия, как первоначально думали вулканологи. [22] [23]
Поскольку он «хорошо известен своими прошлыми взрывными извержениями вулканов и потоками лавы, а также своей гидротермальной системой мирового класса», Международный союз геологических наук (IUGS) включил «Йеллоустонскую вулканическую и гидротермальную систему» в свою совокупность 100 объектов геологического наследия по всему миру включены в список, опубликованный в октябре 2022 года. Организация определяет объект геологического наследия IUGS как «ключевое место с геологическими элементами и/или процессами международного научного значения, используемое в качестве справочного материала и/или с существенный вклад в развитие геологических наук через историю». [24]
Источник горячей точки Йеллоустона является спорным. Некоторые геологи предполагают, что Йеллоустонская горячая точка является результатом взаимодействия местных условий в литосфере и конвекции верхней мантии . [25] [26] Другие предполагают происхождение в глубокой мантии ( мантийный плюм ). [27] Часть разногласий связана с относительно внезапным появлением горячей точки в геологических записях. Кроме того, потоки базальта Колумбии появились примерно в одно и то же время в одном и том же месте, что вызвало предположения о том, что они имеют общее происхождение. По мере того как горячая точка Йеллоустона перемещалась на восток и север, возмущение в Колумбии переместилось на север и в конечном итоге утихло. [28]
Альтернативная теория модели мантийного плюма была предложена в 2018 году. Предполагается, что вулканизм может быть вызван апвеллингами из нижней мантии , возникающими в результате богатых водой фрагментов плиты Фараллон , спускающихся из области субдукции Каскадия , отколовшихся при субдукции. распространяющийся раскол. [29]
Другие предполагают, что мантийный шлейф не мог быть доминирующей силой в Йеллоустонском вулканизме из-за опускающейся плиты Фараллон, поскольку он действует как буфер, разрывающий шлейф. Любое тепло от шлейфа, достигающее поверхности, ограничено. [30] [31]
Вулканические и тектонические действия в регионе вызывают от 1000 до 2000 измеримых землетрясений ежегодно. Большинство из них относительно незначительны и имеют магнитуду 3 или ниже. Иногда за относительно короткий период времени обнаруживаются многочисленные землетрясения — событие, известное как рой землетрясений . В 1985 году за несколько месяцев было зарегистрировано более 3000 землетрясений. В период с 1983 по 2008 год было обнаружено более 70 более мелких скоплений. Геологическая служба США утверждает, что эти скопления, скорее всего, вызваны сдвигами по ранее существовавшим разломам, а не движениями магмы или гидротермальных жидкостей. [33] [34]
В декабре 2008 года и в январе 2009 года под северо-западной оконечностью Йеллоустонского озера за семь дней было обнаружено более 500 землетрясений, самое большое из которых имело магнитуду 3,9. [35] [36] Другой рой начался в январе 2010 года, после землетрясения на Гаити и перед землетрясением в Чили . С 17 января 2010 г. по 1 февраля 2010 г. произошло 1620 небольших землетрясений, что сделало этот рой вторым по величине, когда-либо зарегистрированным в Йеллоустонской кальдере. Самый сильный из этих толчков магнитудой 3,8 произошел 21 января 2010 года . произошло более 300 землетрясений, самое сильное из которых имело магнитуду 2,9 . [39]
Извержение Лава-Крик в Йеллоустонской кальдере, произошедшее 640 000 лет назад, [40] выбросило в атмосферу около 1000 кубических километров (240 кубических миль) горных пород, пыли и вулканического пепла . [3] Это было третье и последнее кальдерообразующее извержение Йеллоустона.
Геологи внимательно следят за высотой Йеллоустонского плато , которое поднимается со скоростью 150 миллиметров (5,9 дюйма) в год, как косвенное измерение изменений давления в магматическом очаге. [41] [42] [43]
Подъем дна Йеллоустонской кальдеры в период с 2004 по 2008 год — почти на 75 миллиметров (3,0 дюйма) каждый год — был более чем в три раза больше, чем когда-либо наблюдалось с тех пор, как такие измерения начались в 1923 году. [44] С 2004 по 2008 год поверхность суши внутри кальдеры переместился вверх на целых 8 дюймов (20 см) на GPS-станции Уайт-Лейк. [45] [46] В январе 2010 года Геологическая служба США заявила, что «подъём Йеллоустонской кальдеры значительно замедлился» [47] и что подъём продолжается, но более медленными темпами. [48] Геологическая служба США, Университет Юты и ученые Службы национальных парков из Йеллоустонской вулканической обсерватории утверждают, что они «не видят никаких доказательств того, что еще одно такое катастрофическое извержение произойдет в Йеллоустоне в обозримом будущем. Интервалы повторения этих событий не являются ни регулярными, ни предсказуемыми. " [3] Этот вывод был подтвержден в декабре 2013 года после публикации исследования ученых Университета Юты, в котором выяснилось, что «размер магматического тела под Йеллоустоуном значительно больше, чем считалось». Йеллоустонская вулканическая обсерватория опубликовала на своем веб-сайте заявление, в котором говорится:
Хотя новые открытия и интересны, они не подразумевают увеличения геологической опасности в Йеллоустоне и, конечно же, не увеличивают вероятность «суперизвержения» в ближайшем будущем. Вопреки сообщениям некоторых СМИ, Йеллоустоун не «запоздал» для суперизвержения. [49]
Сообщения СМИ были более гиперболичными в своем освещении. [50]
Исследование, опубликованное в GSA Today , ежемесячном новостном и научном журнале Геологического общества Америки , выявило три зоны разломов, в которых, скорее всего, будут сосредоточены будущие извержения. [51] Две из этих областей связаны с потоками лавы возрастом 174 000–70 000 лет назад, а третья является очагом современной сейсмичности . [51]
В 2017 году НАСА провело исследование, чтобы определить возможность предотвращения извержения вулкана. Результаты показали, что охлаждения магматического очага на 35 процентов будет достаточно, чтобы предотвратить такой инцидент. НАСА предложило ввести воду под высоким давлением на глубину 10 километров под землю. Циркулирующая вода будет выделять тепло на поверхности, возможно, таким образом, что ее можно будет использовать в качестве геотермального источника энергии . В случае принятия план обойдется примерно в 3,46 миллиарда долларов. Брайан Уилкокс из Лаборатории реактивного движения отмечает, что такой проект может случайно спровоцировать извержение, если будет пробурена верхняя часть камеры. [52] [53]
Исследования и анализ могут показать, что большую опасность представляет гидротермальная активность, которая происходит независимо от вулканической активности. [ нужна цитата ] За последние 14 000 лет образовалось более 20 крупных кратеров, в результате чего образовались такие объекты, как залив Мэри, мутное озеро и Индийский пруд, образовавшийся в результате извержения около 1300 г. до н.э. [ нужна цитата ]
В отчете 2003 года исследователи Геологической службы США предположили, что землетрясение могло вытеснить более 77 миллионов кубических футов (2 200 000 м 3 ; 580 000 000 галлонов США) воды в Йеллоустонском озере, создав колоссальные волны, которые вскрыли закрытую геотермальную систему и привели к гидротермальному взрыву. который образовал Мэри Бэй. [54] [55]
Дальнейшие исследования показывают, что очень отдаленные землетрясения достигают и оказывают влияние на деятельность в Йеллоустоне, например, землетрясение Ландерс силой 7,3 балла в 1992 году в калифорнийской пустыне Мохаве , которое вызвало рой землетрясений на расстоянии более 800 миль (1300 км), а Землетрясение магнитудой 7,9 в разломе Денали в 2002 году на расстоянии 2000 миль (3200 км) на Аляске , которое изменило активность многих гейзеров и горячих источников на несколько месяцев после этого. [56]
В 2016 году Геологическая служба США объявила о планах составить карту подземных систем, ответственных за гидротермальную активность в этом районе. По мнению исследователей, эти карты могут помочь предсказать, когда произойдет новое извержение. [57]
{{cite journal}}
: Требуется цитировать журнал |journal=
( помощь ){{cite journal}}
: Требуется цитировать журнал |journal=
( помощь )Популяризированный научный взгляд на геологическое прошлое и потенциальное будущее района Йеллоустона..
Роман, посвященный извержению Йеллоустонской кальдеры, написанный практикующим геологом из Вайоминга . Содержит множество технических подробностей о геологии западного Вайоминга..