Йеллоустонская кальдера , иногда называемая Йеллоустонским супервулканом , — вулканическая кальдера и супервулкан в Йеллоустонском национальном парке на западе США . Кальдера и большая часть парка расположены в северо-западном углу штата Вайоминг . Кальдера имеет размеры 43 на 28 миль (70 на 45 километров), а посткальдерная лава выливается на значительное расстояние за пределы кальдеры. [4]
Кальдера образовалась во время последнего из трех суперизвержений за последние 2,1 миллиона лет: извержение хребта Хаклберри 2,1 миллиона лет назад (которое создало кальдеру Айленд-Парк и туф Хаклберри-Ридж ), извержение водопада Меса 1,3 миллиона лет назад (которое создало кальдеру Генри-Форк и туф водопада Меса ) и извержение Лава-Крик примерно 640 000 лет назад (которое создало кальдеру Йеллоустоун и туф Лава-Крик ). [5]
Кальдера была крупнейшей из известных до открытия кальдеры Аполаки в 2019 году, которая более чем в два раза шире. [6]
Вулканизм в Йеллоустоуне возник относительно недавно, кальдеры были созданы крупными извержениями, которые произошли 2,1 миллиона, 1,3 миллиона и 640 000 лет назад. Кальдеры лежат над горячей точкой Йеллоустоуна под плато Йеллоустоун , где легкая и горячая магма (расплавленная порода) из мантии поднимается к поверхности. Горячая точка, по-видимому, перемещается по местности в направлении восток-северо-восток и отвечает за восточную половину равнины реки Снейк в Айдахо , но на самом деле горячая точка находится намного глубже окружающей местности и остается неподвижной, в то время как Североамериканская плита движется по ней с запада на юго-запад. [7]
За последние 16,5 миллионов лет или около того эта горячая точка сгенерировала ряд взрывных извержений и менее сильных потоков базальтовой лавы . Вместе эти извержения помогли создать восточную часть равнины реки Снейк (к западу от Йеллоустоуна) из некогда горного региона. [8] По крайней мере дюжина из этих извержений были настолько мощными, что их классифицируют как суперизвержения . Вулканические извержения иногда опустошают свои запасы магмы так быстро, что вышележащая земля обрушивается в опустевший магматический очаг , образуя географическую впадину, называемую кальдерой. [9]
Самый старый идентифицированный остаток кальдеры находится на границе около Макдермитта, Невада-Орегон , хотя существуют вулканокластические нагромождения и дугообразные разломы , которые определяют кальдерные комплексы диаметром более 60 км (37 миль) в группе Кармакс на юго-западе центральной части Юкона , Канада, которые, как интерпретируется, были сформированы 70 миллионов лет назад Йеллоустонской горячей точкой. [10] [11] Постепенно 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 в южном Айдахо , образовалось между 10 и 12 миллионами лет назад, и событие сбросило пепел на глубину одного фута (30 см) в 1000 милях (1600 км) на северо-востоке Небраски и убило большие стада носорогов , верблюдов и других животных в Государственном историческом парке Эшфолл Фоссил Бедс . Геологическая служба США (USGS) оценивает, что за миллион лет происходит одно или два крупных кальдерообразующих извержения и около сотни извержений, выбрасывающих лаву, и «от нескольких до многих» паровых извержений за столетие. [12]
Нестрогий термин « супервулкан » использовался для описания вулканических полей, которые производят исключительно крупные вулканические извержения. Таким образом, Йеллоустонский супервулкан — это вулканическое поле, которое произвело последние три суперизвержения из горячей точки Йеллоустоун; он также произвел одно дополнительное меньшее извержение, тем самым создав Западный палец озера Йеллоустоун [13] 174 000 лет назад. Три суперизвержения произошли 2,1 миллиона, 1,3 миллиона и приблизительно 640 000 лет назад, образовав кальдеру Айленд-Парк , кальдеру Генри-Форк и кальдеры Йеллоустоун соответственно. [14] Суперизвержение Айленд -Парк-Кальдера (2,1 миллиона лет назад), которое произвело туф Хаклберри-Ридж , было крупнейшим и произвело в 2500 раз больше пепла, чем извержение горы Сент-Хеленс в 1980 году . Следующее по величине суперизвержение сформировало Йеллоустонскую кальдеру (640 000 лет назад) и произвело туф Лава-Крик . Кальдера Генри-Форк (1,2 миллиона лет назад) произвела меньший туф Меса-Фоллс , но это единственная кальдера из горячей точки Снейк-Ривер-Плейн–Йеллоустоун, которая ясно видна сегодня. [15]
Невзрывные извержения лавы и менее сильные взрывные извержения происходили в Йеллоустонской кальдере и около нее с момента последнего суперизвержения. [16] [17] Самый последний поток лавы произошел около 70 000 лет назад, в то время как сильное извержение вырыло Западный палец озера Йеллоустоун 174 000 лет назад. Также происходят более мелкие паровые взрывы . Взрыв 13 800 лет назад оставил кратер диаметром 5 км (3,1 мили) в заливе Мэри на краю озера Йеллоустоун (расположенного в центре кальдеры). [18] [3] В настоящее время вулканическая активность проявляется через многочисленные геотермальные источники, разбросанные по всему региону, включая знаменитый гейзер Old Faithful , а также зарегистрированное набухание почвы, указывающее на продолжающуюся инфляцию нижележащей магматической камеры. [ необходима ссылка ]
Вулканические извержения, а также продолжающаяся геотермальная активность являются результатом большого плюма магмы, расположенного под поверхностью кальдеры. Магма в этом плюме содержит газы, которые растворяются под огромным давлением, под которым находится магма. Если давление достаточно сильно сбрасывается в результате геологического сдвига, то часть газов вырывается наружу и заставляет магму расширяться. Это может вызвать цепную реакцию. Если расширение приводит к дальнейшему снижению давления, например, за счет сдувания коркового материала с верхней части камеры, результатом является очень большой взрыв газа. [ необходима цитата ]
Согласно анализу данных землетрясений 2013 года, магматическая камера имеет длину 80 км (50 миль) и ширину 20 км (12 миль). Она также имеет подземный объем 4000 км 3 (960 куб. миль), из которых 6–8% заполнено расплавленной породой. Это примерно в 2,5 раза больше, чем ученые предполагали ранее; однако ученые полагают, что доля расплавленной породы в камере слишком мала, чтобы допустить еще одно суперизвержение. [19] [20] [21]
В октябре 2017 года исследования Университета штата Аризона показали, что перед последним суперизвержением Йеллоустоуна магма хлынула в магматическую камеру двумя большими потоками. Анализ кристаллов из лавы Йеллоустоуна показал, что перед последним суперизвержением магматическая камера претерпела быстрое повышение температуры и изменение состава. Анализ показал, что магматический резервуар Йеллоустоуна может достичь извержения и спровоцировать суперизвержение всего за несколько десятилетий, а не столетий, как первоначально думали вулканологи. [22] [23]
В отношении того, что он «хорошо известен своими прошлыми взрывными вулканическими извержениями и потоками лавы, а также своей гидротермальной системой мирового класса», Международный союз геологических наук (МСГН) включил «Йеллоустонскую вулканическую и гидротермальную систему» в свой список из 100 объектов геологического наследия по всему миру в списке, опубликованном в октябре 2022 года. Организация определяет объект геологического наследия МСГН как «ключевое место с геологическими элементами и/или процессами, имеющими международное научное значение, используемыми в качестве справочного материала, и/или со значительным вкладом в развитие геологических наук на протяжении истории». [24]
Источник горячей точки Йеллоустоун является спорным. Некоторые геологи выдвигают гипотезу, что горячая точка Йеллоустоун является результатом взаимодействия локальных условий в литосфере и конвекции верхней мантии . [25] [26] Другие предполагают происхождение в глубокой мантии ( мантийный плюм ). [27] Частью противоречия является относительно внезапное появление горячей точки в геологической летописи. Кроме того, потоки базальта Колумбии появились примерно в одно и то же время в одном и том же месте, что наводит на мысль, что они имеют общее происхождение. По мере того, как горячая точка Йеллоустоун перемещалась на восток и север, возмущение Колумбии перемещалось на север и в конечном итоге затихало. [28]
Альтернативная теория модели мантийного плюма была предложена в 2018 году. Предполагается, что вулканизм может быть вызван подъемом глубинных вод из нижней мантии , вызванным богатыми водой фрагментами плиты Фараллон , спускающимися из области субдукции Каскадия , отколовшимися в субдуцированном спрединговом рифте. [29]
Другие предполагают, что мантийный плюм не мог быть доминирующей силой в Йеллоустонском вулканизме из-за опускающейся плиты Фараллон, поскольку она действует как буфер, который разбивает плюм. Любое тепло от плюма, которое достигает поверхности, ограничено. [30] [31]
Вулканические и тектонические действия в регионе вызывают от 1000 до 2000 измеримых землетрясений ежегодно. Большинство из них относительно незначительны, магнитудой 3 или слабее. Иногда многочисленные землетрясения регистрируются за относительно короткий промежуток времени, событие, известное как сейсмический рой . В 1985 году было зарегистрировано более 3000 землетрясений в течение нескольких месяцев. Более 70 более мелких сейсмических роев были зарегистрированы между 1983 и 2008 годами. Геологическая служба США утверждает, что эти сейсмические рои, вероятно, вызваны сдвигами по ранее существовавшим разломам, а не движениями магмы или гидротермальных жидкостей. [33] [34]
В декабре 2008 года, продолжавшемся до января 2009 года, более 500 землетрясений были зарегистрированы под северо-западным концом озера Йеллоустоун в течение семи дней, при этом самое большое было зарегистрировано магнитудой 3,9. [35] [36] Другой рой начался в январе 2010 года, после землетрясения на Гаити и перед землетрясением в Чили . С 1620 небольшими землетрясениями между 17 января 2010 года и 1 февраля 2010 года этот рой был вторым по величине, когда-либо зарегистрированным в кальдере Йеллоустоун. Самым сильным из этих толчков было землетрясение магнитудой 3,8, произошедшее 21 января 2010 года. [34] [37] Этот рой стих до фонового уровня к 21 февраля. 30 марта 2014 года в 6:34 утра по горному времени в Йеллоустоуне произошло землетрясение магнитудой 4,8, крупнейшее из зарегистрированных с февраля 1980 года. [38] В феврале 2018 года произошло более 300 землетрясений, самое крупное 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) камней, пыли и вулканического пепла . [3] Это было третье и последнее извержение Йеллоустона, приведшее к образованию кальдеры.
Геологи внимательно следят за высотой Йеллоустонского плато , которая поднимается со скоростью 150 миллиметров (5,9 дюйма) в год, что является косвенным измерением изменений давления в магматической камере. [41] [42] [43]
Подъем дна кальдеры Йеллоустоун между 2004 и 2008 годами — почти на 75 миллиметров (3,0 дюйма) в год — был более чем в три раза больше, чем когда-либо наблюдавшийся с начала таких измерений в 1923 году. [44] С 2004 по 2008 год поверхность земли внутри кальдеры поднялась на 8 дюймов (20 см) по данным GPS-станции Уайт-Лейк. [45] [46] В январе 2010 года Геологическая служба США заявила, что «подъем Йеллоустоунской кальдеры значительно замедлился» [47] и что подъем продолжается, но более медленными темпами. [48] Ученые Геологической службы США, Университета Юты и Службы национальных парков из Обсерватории вулкана Йеллоустоун утверждают, что они «не видят никаких доказательств того, что еще одно подобное катастрофическое извержение произойдет в Йеллоустоуне в обозримом будущем. Интервалы повторения этих событий не являются ни регулярными, ни предсказуемыми». [3] Этот вывод был повторен в декабре 2013 года после публикации исследования ученых Университета Юты, которые обнаружили, что «размер магматического тела под Йеллоустоуном значительно больше, чем считалось». Обсерватория вулкана Йеллоустоун опубликовала на своем веб-сайте заявление, в котором говорится:
Хотя новые результаты и увлекательны, они не подразумевают увеличения геологических опасностей в Йеллоустоуне и, конечно, не увеличивают шансы на «суперизвержение» в ближайшем будущем. Вопреки некоторым сообщениям СМИ, Йеллоустоун не «запоздал» для суперизвержения. [49]
Сообщения СМИ были более гиперболическими в своем освещении. [50]
Исследование, опубликованное в GSA Today , ежемесячном новостном и научном журнале Геологического общества Америки , выявило три зоны разломов, где вероятнее 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 магматической камеры на 35 процентов будет достаточно, чтобы предотвратить такой инцидент. НАСА предложило ввести воду под высоким давлением на глубину 10 километров под землей. Циркулирующая вода будет выделять тепло на поверхности, возможно, таким образом, что ее можно будет использовать в качестве геотермального источника энергии . Если план будет реализован, он обойдется примерно в 3,46 миллиарда долларов. Брайан Уилкокс из Лаборатории реактивного движения отмечает, что такой проект может случайно спровоцировать извержение, если просверлить верхнюю часть камеры. [52] [53]
Исследования и анализ могут указывать на то, что большую опасность представляет гидротермальная активность, которая происходит независимо от вулканической активности. [ требуется ссылка ] За последние 14 000 лет образовалось более 20 крупных кратеров, в результате чего появились такие образования, как залив Мэри, озеро Турбид и Индийский пруд, который был создан в результате извержения около 1300 г. до н. э. [ требуется ссылка ]
В отчете 2003 года исследователи Геологической службы США предположили, что землетрясение могло привести к перемещению более 77 миллионов кубических футов (2 200 000 м 3 ; 580 000 000 галлонов США) воды в озере Йеллоустоун, создав колоссальные волны, которые вскрыли закрытую геотермальную систему и привели к гидротермальному взрыву, образовавшему залив Мэри. [54] [55]
Дальнейшие исследования показывают, что очень далекие землетрясения достигают и оказывают влияние на деятельность в Йеллоустоуне, например, землетрясение Ландерс магнитудой 7,3 в 1992 году в пустыне Мохаве в Калифорнии , которое вызвало серию землетрясений на расстоянии более 800 миль (1300 км), и землетрясение в разломе Денали магнитудой 7,9 в 2002 году на Аляске , которое изменило активность многих гейзеров и горячих источников на несколько месяцев позже. [56]
В 2016 году Геологическая служба США (USGS) объявила о планах картирования подземных систем, ответственных за питание гидротермальной активности региона. По словам исследователей, эти карты могут помочь предсказать, когда произойдет следующее извержение. [57]
Популярный научный взгляд на геологическое прошлое и потенциальное будущее Йеллоустоуна..
Роман об извержении в Йеллоустонской кальдере, написанный практикующим геологом из Вайоминга . Содержит множество технических подробностей о геологии западного Вайоминга..