Το υπερηφαίστειο του Γέλοουστον αποτελεί ένα από τα πιο συναρπαστικά και ταυτόχρονα απειλητικά γεωλογικά μυστήρια του πλανήτη μας. Για δεκαετίες, η επιστημονική κοινότητα προσπαθούσε να κατανοήσει τους ακριβείς μηχανισμούς που τροφοδοτούν αυτή την τεράστια υπόγεια «βόμβα».
Μια νέα, ανατρεπτική θεωρία έρχεται τώρα να αλλάξει τα δεδομένα, αποκαλύπτοντας ότι η πηγή της καταστροφικής του ισχύος κρύβεται σε ένα εντελώς απροσδόκητο φαινόμενο.
Επιστήμονες προσφέρουν μια νέα εξήγηση για το τι τροφοδοτεί το Yellowstone και άλλα υπερηφαίστεια. Αντί για έναν βαθύ θύλακα μάγματος που αναβλύζει κοντά από τον πυρήνα της Γης, ένας ευρύς “μανδυακός άνεμος” ενδέχεται να ωθεί θερμά πετρώματα κάτω από το Yellowstone, δημιουργώντας μάγμα πιο κοντά στην επιφάνεια.
Η διαδικασία αυτή, συμβάλλει στη δημιουργία ενός τεράστιου υπόγειου δικτύου μάγματος και ίσως εξηγεί πώς τα υπερηφαίστεια παραμένουν ενεργά για μεγάλες χρονικές περιόδους.
Οι υπερεκρήξεις συγκαταλέγονται στα πιο ισχυρά ηφαιστειακά γεγονότα στη Γη. Οι τεράστιες αυτές εκρήξεις απελευθερώνουν περισσότερα από 1.000 κυβικά χιλιόμετρα μάγματος, πετρωμάτων και τέφρας, έχοντας τη δυνατότητα να επηρεάσουν δραματικά το κλίμα, τα οικοσυστήματα και τις ανθρώπινες κοινωνίες.
Λόγω του τεράστιου αντικτύπου τους, οι επιστήμονες εργάζονται για να κατανοήσουν καλύτερα τις υπόγειες διεργασίες που δημιουργούν και συντηρούν αυτούς τους ηφαιστειακούς γίγαντες.
Τρισδιάστατη προσομοίωση αποκαλύπτει τα μυστικά του μανδύα
Ερευνητές από το Ινστιτούτο Γεωλογίας και Γεωφυσικής της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών (IGGCAS) ανέπτυξαν τώρα ένα λεπτομερές τρισδιάστατο μοντέλο της δυτικής Βόρειας Αμερικής, το οποίο προσομοιώνει τη σημερινή συμπεριφορά τόσο της λιθόσφαιρας όσο και του ρέοντος μανδύα κάτω από αυτήν.
Το έργο τους αποκαλύπτει μια νέα εξήγηση για τον τρόπο με τον οποίο δημιουργείται το μάγμα κάτω από τα υπερηφαίστεια. Τα αποτελέσματά τους δημοσιεύτηκαν στο περιοδικό Science.
Αναθεωρώντας τον τρόπο με τον οποίο τα υπερηφαίστεια αποθηκεύουν μάγμα
Για χρόνια, οι επιστήμονες πίστευαν ότι τα υπερηφαίστεια περιείχαν μεγάλους, μακρόβιους θαλάμους γεμάτους κυρίως με υγρό μάγμα. Σε αυτή την παραδοσιακή άποψη, το χαμηλής πυκνότητας μάγμα συσσωρεύεται σταδιακά μέσα στον φλοιό, αυξάνοντας την πίεση μέχρι το περιβάλλον πέτρωμα να υποστεί ρήξη, να καταρρεύσει και τελικά να εκραγεί.
Ωστόσο, όλο και περισσότερα στοιχεία δείχνουν ότι τα ενεργά υπερηφαίστεια δεν περιέχουν αυτούς τους μόνιμους υγρούς θαλάμους. Αντίθετα, το μάγμα φαίνεται να είναι κατανεμημένο σε εκτεταμένες περιοχές μερικώς λιωμένου πετρώματος, γνωστές ως συστήματα «πολτού μάγματος» (magma mush).
Αυτές οι ζώνες πολτού μπορούν να εκτείνονται σε μεγάλο μέρος του εξωτερικού κελύφους της Γης (τη λιθόσφαιρα), δημιουργώντας μια πολύ διαφορετική υπόγεια δομή από εκείνη που φανταζόμασταν παλαιότερα.
Η λιθόσφαιρα είναι το ψυχρό, δύσκαμπτο εξωτερικό στρώμα της Γης και περιλαμβάνει τόσο τον φλοιό όσο και τον ανώτερο μανδύα. Κάτω από αυτήν βρίσκεται η ασθενόσφαιρα, ένα θερμότερο και πιο όλκιμο στρώμα που ρέει αργά κατά τη διάρκεια του γεωλογικού χρόνου.
Το γεωλογικό αίνιγμα κάτω από τη λιθόσφαιρα
Πρόσφατες μελέτες δείχνουν ότι το μάγμα που τροφοδοτεί τα υπερηφαίστεια προέρχεται από την ανώτερη ασθενόσφαιρα (τον ρηχό μανδύα ακριβώς κάτω από τη λιθόσφαιρα). Ωστόσο, ο ακριβής τρόπος με τον οποίο λιώνει αυτό το υλικό παρέμενε αβέβαιος.
Καθώς το λιωμένο πέτρωμα ανεβαίνει στη λιθόσφαιρα, αναμιγνύεται με το περιβάλλον στερεό πέτρωμα και σχηματίζει έναν εξαιρετικά παχύρρευστο πολτό μάγματος. Tα συστήματα πολτού είναι πολύ πιο παχιά και λιγότερο ευκίνητα από το υγρό μάγμα, καθιστώντας δύσκολο να εξηγηθεί το πώς θα μπορούσαν να προκαλέσουν υπερεκρήξεις μόνο μέσω της απλής άνωσης.
Σε αντίθεση με τους συγκεντρωμένους θαλάμους μάγματος που πρότειναν τα παλαιότερα μοντέλα, αυτά τα συστήματα πολτού είναι ευρέως διασκορπισμένα σε ολόκληρη τη λιθόσφαιρα.
Το φυσικό εργαστήριο Yellowstone
Η καλντέρα του Yellowstone στις δυτικές Ηνωμένες Πολιτείες είναι ένα από τα πιο γνωστά υπερηφαίστεια στον κόσμο. Κατά τη διάρκεια των τελευταίων 2,1 εκατομμυρίων ετών, έχει βιώσει δύο υπερεκρήξεις, γεγονός που το καθιστά μια σημαντική τοποθεσία για τη μελέτη της συμπεριφοράς των γιγάντιων ηφαιστειακών συστημάτων.
Προηγούμενη έρευνα έχει δείξει ότι το Yellowstone περιέχει ένα μεγάλο, μακρόβιο σύστημα πολτού μάγματος που εκτείνεται σε ολόκληρη τη λιθόσφαιρα και παρουσιάζει κλίση προς τα νοτιοδυτικά.
Μελέτες υποδηλώνουν επίσης ότι ένα πιο ρηχό σώμα μάγματος, πλούσιο σε υγρά στοιχεία —το οποίο μοιάζει με την κλασική έννοια του θαλάμου μάγματος— ενδέχεται να σχηματίζεται μόνο για σύντομο χρονικό διάστημα πριν από την εκδήλωση μιας έκρηξης.
Αν και οι επιστήμονες έχουν μάθει πολλά για την εσωτερική δομή του Yellowstone, οι βαθύτερες δυνάμεις που είναι υπεύθυνες για τη δημιουργία και τη συντήρηση αυτού του συστήματος παρέμεναν ασαφείς.
Ένας «μανδυακός άνεμος» κάτω από τη Βόρεια Αμερική
Χρησιμοποιώντας το νέο γεωδυναμικό τους μοντέλο, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι το μάγμα του Yellowstone τροφοδοτείται από την επιφανειακή ασθενόσφαιρα και όχι από έναν βαθύ θύλακα μάγματος που αναβλύζει από το εσωτερικό της Γης.
Σύμφωνα με το μοντέλο, ένας “μανδυακός άνεμος” που κινείται προς τα ανατολικά μεταφέρει θερμό ασθενοσφαιρικό υλικό προς το Yellowsone. Αυτός ο μανδυακός άνεμος δημιουργείται από τη μακροχρόνια υποβύθιση της Τεκτονικής Πλάκας Φαράλον, υπολείμματα της οποίας παραμένουν βαθιά κάτω από την κεντρική και ανατολική Βόρεια Αμερική.
Σε αντίθεση με τους ανέμους στην ατμόσφαιρα, αυτός ο μανδυακός άνεμος αποτελείται από μια ευρεία οριζόντια κίνηση θερμού πετρώματος που ρέει αργά μέσα στον μανδύα της Γης. Καθώς αυτό το λιγότερο πυκνό υλικό κινείται κάτω από την ήπειρο, παρασύρεται προς τα κάτω, κάτω από την παχιά λιθόσφαιρα.
Η εφελκυστική τάση (τέντωμα) που προκύπτει δημιουργεί συνθήκες που ευνοούν την τήξη λόγω αποσυμπίεσης, παράγοντας μάγμα. Αυτό το εύρημα αμφισβητεί τη μακροχρόνια αντίληψη ότι το Yellowstone βρίσκεται πάνω από έναν βαθύ θύλακα μάγματος που αναβλύζει από το όριο πυρήνα-μανδύα.
Πώς οι βαθύτερες δυνάμεις διαμορφώνουν το σύστημα μάγματος του Yellowstone
Η μελέτη δείχνει επίσης ότι ο μανδυακός άνεμος συμβάλλει στον καθορισμό του σχήματος και της εξέλιξης του τεράστιου μαγματικού συστήματος του Yellostone. Η ροή του μανδύα προς τα ανατολικά πιέζει τη βαθιά λιθοσφαιρική ρίζα που βρίσκεται ανατολικά του Yellostone. Ταυτόχρονα, η άνωση της λιθόσφαιρας στα δυτικά δημιουργεί μια αντίρροπη δύναμη.
Μαζί, αυτές οι αντικρουόμενες δυνάμεις ουσιαστικά “σκίζουν” την ηπειρωτική λιθόσφαιρα, δημιουργώντας ένα κανάλι με κλίση προς τα νοτιοδυτικά κάτω από το Yellowstone. Αυτό το κανάλι λειτουργεί ως μια αποτελεσματική δίοδος για την άνοδο, τη μετακίνηση και την εξέλιξη του μάγματος μέσα στη λιθόσφαιρα.
Ως αποτέλεσμα, διαδραματίζει καθοριστικό ρόλο στον έλεγχο της δομής και της μακροπρόθεσμης ανάπτυξης του μαγματικού συστήματος του Yellowstone. Τα αποτελέσματα του μοντέλου συμπίπτουν απόλυτα με ανεξάρτητες γεωφυσικές και γεωχημικές παρατηρήσεις που έχουν συλλεχθεί από την περιοχή.
Νέες γνώσεις για τον σχηματισμό των υπερηφαιστείων
Οι ερευνητές αναφέρουν ότι η μελέτη τους παρέχει την πιο ολοκληρωμένη εξήγηση μέχρι σήμερα για τον τρόπο με τον οποίο σχηματίζονται μεγάλα μαγματικά συστήματα κάτω από τα υπερηφαίστεια.
Το μοντέλο συνδέει τη δημιουργία μάγματος στην ασθενόσφαιρα με τη συσσώρευσή του σε ολόκληρη τη λιθόσφαιρα, γεφυρώνοντας διεργασίες που προηγουμένως ήταν δύσκολο να εξηγηθούν μέσα σε ένα ενιαίο πλαίσιο.
Η εργασία προσδιορίζει επίσης έναν φυσικό μηχανισμό ικανό να συντηρήσει μεγάλα, μακρόβια συστήματα πολτού μάγματος, ένα χαρακτηριστικό που μοιράζονται πολλά υπερηφαίστεια σε όλο τον κόσμο.
