黃石國家公園里的間歇泉藏著什么秘密?

黃石國家公園里的間歇泉藏著什么秘密?
諾里斯間歇泉盆地,黃石國家公園,懷俄明州。
攝影:MARC MORITSCH, NAT GEO IMAGE COLLECTION
 
撰文:ROBIN GEORGE ANDREWS
 
  在懷俄明州西北部,黃石國家公園的中心,64萬年前的巨型火山噴發留下了冒著氣泡的火山口,宛若傷疤。除了這個火山口,9000平方公里的黃石公園里到處是地質奇觀:噴發的間歇泉、沸騰的水池,這一切源于巖漿和過熱的流體在地表之下的巖石里攪動。
 
  其中,在位于火山口西北方向的諾里斯間歇泉盆地,有500多處地熱奇景。這些間歇泉和水池每天都在變化,而一個更大的變化正蠢蠢欲動:20多年來,在盆地中央,一個面積比芝加哥還要大的地方,由于情況不穩定,隆起和降低幅度達十幾厘米。在類似黃石國家公園這樣極度活躍的火山地區,我們很難得出各種變化背后的確切原因。不過,最近發表于《地球物理研究雜志》的一項研究或許可以幫助解釋,為什么這片土地一直在“呼吸”。
 
  美國地質調查局斯喀特火山觀測站的研究員、新研究的合著者之一Daniel Dzurisin說:“很有可能,諾里斯間歇泉盆地一直是變形中心。”
 
  科學家借助幾十年來關于諾里斯間歇泉盆地的衛星雷達和GPS數據,根據地表上方的變化,模擬了地面下可能發生的情況。20世紀90年代末,一團巖漿侵入盆地下方,被困在巖漿里的流體冒了出來,穿過了上方層層疊疊的巖石。流體被堵住后,壓力越來越大,地面隨之隆起,當流體從其他地方流出后,地面又會下降。今天,巖漿源流體和地表很近,距離地面只有1.6公里左右。
 
  需要指出的是,新研究并沒有說明創造了黃石國家公園火山口的超級火山(上一次噴發是在64萬年前)現在有可能噴發。事實上,這些地質運動可以幫助解釋,為什么自2018年3月以來,公園里的蒸氣船間歇泉(世界上噴發最高的間歇泉)一直在以破紀錄的速度噴發。研究人員還推測,諾里斯間歇泉盆地下方的變化意味著盆地中發生水熱爆炸的可能性略有增加。
 
  黃石國家公園的地質情況非常復雜,地表之下的研究尤其具有挑戰性。但研究人員認為,關于地面隆起和下降,最合理的解釋是大量巖漿注入和流體流出。
 
  “我們還只是剛開始了解(諾里斯間歇泉盆地)的動態,”Michael Poland說。他是美國地質調查局黃石火山觀測站的負責人,沒有參與此次研究。
 
舉世聞名的諾里斯間歇泉盆地
 
  諾里斯間歇泉盆地是黃石國家公園里最古老的地熱區域,有證據顯示,這里的地熱現象可以追溯到11.5萬年前;這里溫度也最高,在地下300米的地方,溫度高達237.2度。
 
  其中蒸汽船間歇泉向我們展示了這片區域經歷的非常劇烈而意外的變化。縱觀歷史,這座122米高的間歇泉噴發并不頻繁,幾次大噴發之間的間隔從4天到半個世紀不等。但自2018年3月以來,蒸汽船間歇泉開始頻發噴發,一周一次,當年共噴發32次,創下記錄;然而第二年,這個記錄就被它自己打破了:2019年共噴發了48次。
 
  “這家伙簡直瘋了!”格拉斯哥大學的地熱專家Helen Robinson說。她沒有參與此次研究。
 
  這座間歇泉的過度活躍引起了公眾的關注,不過科學家更感興趣的是盆地本身的劇烈顫抖。1996年至2004年期間,29公里長的地方上升了12厘米,而2005年至2013年,又下降了7厘米。接著,2013年末到2014年初,這里又以每年15厘米的速度上升。這是科學家在黃石國家公園里觀察到的最快的上升速度。
 
  2014年3月,諾里斯間歇泉盆地發生4.9級地震,看似勢不可擋的地面隆起突然停止。那之后,地面反復下降、上升,直到2019年,地面開始下沉,但與2000年比,現在盆地仍高出約12.7厘米。
 
地下攪動
 
  地質學家用雷達和衛星GPS數據追蹤諾里斯間歇泉盆地的變形情況,他們懷疑,地面隆起始于1996年到2001年巖漿在地表之下14.5公里的地方上升。這座盆地位于超級火山最年輕的火山口的西北邊緣,坐落在諾里斯-猛犸走廊上,那里有一系列斷層和排氣口。
 
  Dzurisin說:“兩個薄弱地帶相互交叉,巖漿最容易從這里入侵。”
 
  1996年至2004年的地面隆起與巖漿入侵有關,隨著巖漿冷卻,內部溶解的流體開始冒泡。巖漿內部的壓力因此降低,巖漿像漏氣的氣球一樣排氣,從而導致2005年至2013年地面再次下降。
 
  逸出的流體被不斷困在巖層下方的,又引起地面隆起。科學家很難辨別和記錄巖漿作用與熱液活動的循環。Poland說,這次的新模型是“一種合理假設,但無法得到確定”。Robinson表示,也許流體并非源于巖漿體,比如近幾年的大雪匯集在一起,隨著地形的升降,不時從其他地方逸出。
 
爆發的可能性
 
  研究團隊推測,巖漿源流體目前就在諾里斯間歇泉盆地下方。這片區域布滿了水熱爆炸坑,它們可以追溯到數千年前;灼熱的流體時刻處于地質壓力的限制下,如果巖石破裂,它們就會猛烈地噴發出來,并迅速變成蒸汽,然而這種事件幾乎無法預測。
 
  諾里斯間歇泉盆地隨時可能發生新的水汽噴發,雖然大爆炸很罕見。如果流體匯聚在盆地表面附近,水熱爆炸的可能性會更高一些。但巖石管道網絡相對復雜,Dzurisin說,爆炸的可能性會隨著無法檢測到的小變化而改變。我們很難確定發生更多爆炸的可能性,因此研究團隊不建議對游客關閉這個地區。
 
  研究團隊還在思考另一個問題:巖漿流體的積累是否與蒸汽船間歇泉最近破紀錄的噴發次數有關。20世紀60年代和80年代初,間歇泉也出現了類似的情況,這可能和盆地的呼吸周期有關。
 
  但如果真的是這樣,那么為什么這個間歇泉噴發不止,其他的卻保持安靜呢?“為什么緊挨著蒸汽船間歇泉的海膽間歇泉卻沒動靜?”Poland問道。
 
  Dzurisin說,蒸汽船間歇泉的過度活躍與巖漿入侵之間的聯系存在偶然因素,但“發生的時間一致”。未來,他和同事們希望能研究在地表冒泡的流體,看看它們的化學成分是否與巖漿成因一致。
 
  不過,研究人員找到了解釋這些戲劇性變化可能的原因,這要歸功于幾十年的數據積累和現代科技。Dzurisin說,20年前,“幾乎不可能”獲得這樣的成績。
 
(譯者:Sky4)
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