科學家破譯了黃石公園下方的岩漿體

計算機建模的測試表明，一個很厚的地殼過渡帶可能控制了從地幔湧出的岩漿運動。2018年4月16日，在俄勒岡州尤金市，黃石國家公園下方近期地震引發了岩漿活動。通過超級計算機進行建模，俄勒岡大學的科學家們給出了一種新的解釋。

以爆發性噴發，大型火山噴口和大規模的熔岩流而聞名的超級火山——黃石火山，多年來一直吸引著科學家們去試圖了解其下方岩漿庫的位置和大小。最後一個火山口噴發是在630,000年前，這是七萬年前的最後一個大熔岩。

該公園下方的地殼被連續的岩漿噴射不斷地加熱和軟化，這種岩漿從地幔中異常湧出，類似於夏威夷基拉韋厄火山的岩漿源。大量的水為黃石火山大量的間歇泉和溫泉提供燃料，為地殼降溫，防止其過熱。

通過計算機建模，由俄勒岡大學博士生Dylan P.Colón領導的研究團隊做出了以下說明。他們《地球物理研究快報》上發表的一篇論文如是說道：在地下5-10千米的深度，反作用力相互抵消，會形成一個過渡帶。上部地殼的冷硬岩石會讓位於熱的，柔軟的，甚至部分已經熔融的岩石。

根據該團隊的計算機建模顯示，這個過渡帶會阻止岩漿上升，並導致它們在一個稱為岩床的大型水平體內積聚並固化，該岩床可能達15千米厚。

合作者俄勒岡大學地球科學系教授Ilya Bindeman說：「建模結果與通過發送地震波得到的觀測結果相匹配。「這個結果似乎驗證了最初的假設，並為我們提供了更多關於黃石火山的岩漿位置的信息。」

這個地殼中的岩床由大部分凝固的輝長岩組成，這是一種岩漿冷卻而形成的岩石。在其上和其下都有單獨的岩漿。上層是含有粘性和富含氣體的流紋岩漿，偶爾會在爆炸中噴發，華盛頓州1980年聖海倫火山爆發更為明顯。

Colón說，世界各地的超級火山下可能都是類似的火山結構。他說，岩床的幾何形狀也可能導致噴發物的化學特徵不同。

Colón的項目建模得出了第一個國家公園下有什麼，以及200萬年前火山活動導致該公園形成的過程。在猶他州大學領導的團隊2014年的《地球物理研究快報》上發表了一篇論文，證明了大量岩漿的地震波位於上地殼。隨即，該項目啟動。

然而，科學家們懷疑從地下逸出的大量二氧化碳和氦氣表明，更多的岩漿位於更遠處。直到 2015年5月，這一謎團被解決。當時猶他州第二大學主導的研究發表在科學雜誌上，它通過地震波在地下20到45千米的深度發現了更大的岩漿庫。

然而，Colón說，地震成像研究無法確定這些岩漿庫中岩漿的組成，狀態和數量，以及它們在那裡形成的方式和成因。

為了理解這兩種結構，俄勒岡大學的研究人員為超級計算機建模編寫了新的代碼，來了解岩漿可能在地殼內積聚的位置。這項工作是與瑞士聯邦理工學院的研究人員合作完成的，該研究所也被稱為蘇黎世聯邦理工學院。

研究人員多次得出的結果表明，在地殼中部的岩床形成了一層具有高熔點的冷卻岩漿，在熔點較低的地方將岩漿與岩漿分離，其中大部分岩漿來源於地殼的熔融。

Bindeman 說：「我們認為這種結構是導致黃石火山——這座流紋岩-玄武岩火山如此活躍的原因，同理也可用來解釋超火山噴發。這裡就是發源處，噴發物在地質學和岩石學上都與之相匹配。我們的建模有助於確定流紋岩所在的地質結構。」

Colón說：「目前的新研究無法預測火山爆發的時間。相反，它為我們提供了一個從未有過的角度，有助於解釋導致這些爆發的岩漿系統結構。」它顯示了可爆性岩漿的起源和積聚位置，這可能有助於推進下一步的預測。

「這項研究還有助於解釋在噴發物中發現的一些化學特徵，」 Colón說， 「我們還可以通過比較不同羽流模型，以及我們從地質記錄中了解到的黃石火山的實際情況，來探索地幔柱有多熱。」

Colón現在正在探索是什麼影響了像黃石火山等火山噴發的岩漿的化學成分。

研究岩漿上升與地殼過渡帶的相互作用，以及這如何影響形成岩漿上下的岩漿庫的性質，科學家們寫道，應該加深對地幔柱如何影響陸地的地殼演化和構造的科學認識。

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