Οι υπερεκρήξεις είναι από τα πιο ισχυρά ηφαιστειακά γεγονότα στη Γη. Αυτές οι τεράστιες εκρήξεις απελευθερώνουν περισσότερα από 1.000 κυβικά χιλιόμετρα μάγματος, βράχου και τέφρας, με τη δυνατότητα να επηρεάσουν δραματικά το κλίμα, τα οικοσυστήματα και την ανθρώπινη κοινωνία. Λόγω της τεράστιας επίδρασής τους, οι επιστήμονες εργάζονται για να κατανοήσουν καλύτερα τις υπόγειες διεργασίες που δημιουργούν και συντηρούν αυτούς τους ηφαιστειακούς γίγαντες.
Ερευνητές στο Ινστιτούτο Γεωλογίας και Γεωφυσικής της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών (IGGCAS) δημιούργησαν τώρα ένα λεπτομερές τρισδιάστατο μοντέλο της δυτικής Βόρειας Αμερικής που προσομοιώνει τη σημερινή συμπεριφορά τόσο της λιθόσφαιρας όσο και του μανδύα που ρέει από κάτω. Το έργο τους αποκαλύπτει μια νέα εξήγηση για το πώς σχηματίζεται το μάγμα κάτω από τα υπερηφαίστεια.
Τα αποτελέσματα δημοσιεύονται επιστήμη.
Επανεξέταση πώς τα υπερηφαίστεια αποθηκεύουν μάγμα
Για πολλά χρόνια, οι επιστήμονες πίστευαν ότι τα υπερηφαίστεια αποτελούνταν από μεγάλους θαλάμους μεγάλης διάρκειας ζωής που αρχικά ήταν γεμάτοι με υγρό μάγμα. Σε αυτή την παραδοσιακή άποψη, το μάγμα χαμηλής πυκνότητας συσσωρεύεται αργά μέσα στον φλοιό, αυξάνοντας την πίεση έως ότου ο γύρω βράχος ραγίσει, καταρρεύσει και τελικά εκραγεί.
Ωστόσο, αυξανόμενα στοιχεία δείχνουν ότι τα ενεργά υπερηφαίστεια δεν περιέχουν αυτήν την επίμονη δεξαμενή υγρού. Αντίθετα, το μάγμα φαίνεται να διανέμεται σε μια ευρεία περιοχή μερικώς λιωμένου βράχου, γνωστό ως σύστημα «μάγμα πολτού». Αυτές οι περιοχές με χυλό μπορεί να εκτείνονται μέσα από το εξωτερικό κέλυφος της Γης (λιθόσφαιρα), δημιουργώντας μια πολύ διαφορετική υπόγεια δομή από ό,τι είχε φανταστεί προηγουμένως.
Η λιθόσφαιρα είναι το ψυχρό, άκαμπτο εξωτερικό στρώμα της Γης και περιλαμβάνει τόσο τον φλοιό όσο και τον ανώτερο μανδύα. Κάτω από αυτό βρίσκεται η ασθενόσφαιρα, ένα θερμότερο και πιο εύκαμπτο στρώμα που παρασύρεται αργά στο γεωλογικό χρόνο.
Πρόσφατες μελέτες δείχνουν ότι τα υπερηφαίστεια που τροφοδοτούνται από μάγμα προέρχονται από την ανώτερη ασθενόσφαιρα (τον ρηχό μανδύα ακριβώς κάτω από τη λιθόσφαιρα). Ωστόσο, το πώς ακριβώς λιώνει αυτό το υλικό παραμένει αβέβαιο. Καθώς το λιωμένο πέτρωμα ανεβαίνει στη λιθόσφαιρα, αναμειγνύεται με το περιβάλλον στερεό πέτρωμα και σχηματίζει ένα πολύ παχύρρευστο μάγμα. Αυτά τα συστήματα χυλών είναι πολύ πιο πυκνά και λιγότερο ευκίνητα από το υγρό μάγμα, γεγονός που καθιστά δύσκολο να εξηγηθεί πώς θα μπορούσαν να παράγουν υπερεκρήξεις μόνο με απλή άνωση.
Σε αντίθεση με τους συμπυκνωμένους θαλάμους μάγματος που προτείνονται σε παλαιότερα μοντέλα, αυτά τα συστήματα χυλών είναι ευρέως κατανεμημένα σε όλη τη λιθόσφαιρα.
Το Yellowstone ως φυσικό εργαστήριο
Η Καλντέρα Yellowstone στις δυτικές Ηνωμένες Πολιτείες είναι ένα από τα πιο γνωστά υπερηφαίστεια στον κόσμο. Τα τελευταία 2,1 εκατομμύρια χρόνια, έχει βιώσει δύο μεγάλες εκρήξεις, καθιστώντας το σημαντικό χώρο για τη μελέτη της συμπεριφοράς μεγάλων ηφαιστειακών συστημάτων.
Προηγούμενες μελέτες έχουν δείξει ότι το Yellowstone έχει ένα μεγάλο, μακρόβιο σύστημα μάγματος που εκτείνεται μέσω της λιθόσφαιρας και βυθίζεται στα νοτιοδυτικά. Μελέτες δείχνουν επίσης ότι ένα ρηχό, πλούσιο σε υγρό σώμα μάγματος, παρόμοιο με την κλασική έννοια του θαλάμου μάγματος, μπορεί να σχηματιστεί για λίγο πριν εκραγεί.
Αν και οι επιστήμονες έχουν μάθει πολλά για την εσωτερική δομή του Yellowstone, οι βαθύτερες δυνάμεις που είναι υπεύθυνες για τη δημιουργία και τη διατήρηση αυτού του συστήματος παραμένουν ασαφείς.
Ένας «μανδύας άνεμος» κάτω από τη Βόρεια Αμερική
Χρησιμοποιώντας το νέο τους γεωδυναμικό μοντέλο, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι το μάγμα του Yellowstone παρέχεται από την ρηχή ασθενόσφαιρα παρά από ένα βαθύ λοφίο μανδύα που αναδύεται από το εσωτερικό της Γης.
Σύμφωνα με το μοντέλο, ένας ανατολικός «μανδύας άνεμος» μεταφέρει καυτό ασθενοσφαιρικό υλικό προς το Yellowstone. Αυτοί οι άνεμοι του μανδύα δημιουργούνται από τη μακροχρόνια καταβύθιση της πλάκας Farallon, τα υπολείμματα της οποίας βρίσκονται βαθιά στην κεντρική και ανατολική Βόρεια Αμερική.
Σε αντίθεση με τους ανέμους στην ατμόσφαιρα, αυτός ο άνεμος του μανδύα αποτελείται από μια ευρεία οριζόντια κίνηση θερμού, αργά ρέοντος βράχου μέσα στον μανδύα της Γης.
Καθώς αυτό το πλεούμενο υλικό κινείται κάτω από την ήπειρο, τραβιέται προς τα κάτω κάτω από την παχιά λιθόσφαιρα. Το τέντωμα που προκύπτει δημιουργεί συνθήκες που διευκολύνουν την τήξη αποσυμπίεσης, παράγοντας μάγμα. Αυτό το εύρημα αμφισβητεί τη μακροχρόνια υπόθεση ότι ο Yellowstone βρίσκεται στην κορυφή ενός βαθύ λοφίου μανδύα που αναδύεται από το όριο πυρήνα-μανδύα.
Πόσο βαθιά η ενέργεια διαμορφώνει το σύστημα μάγματος του Yellowstone
Η μελέτη δείχνει επίσης ότι οι άνεμοι του μανδύα βοηθούν στον προσδιορισμό του σχήματος και της εξέλιξης του τεράστιου μαγματικού συστήματος του Yellowstone.
Η ροή του μανδύα προς τα ανατολικά πιέζει τον παχύ λιθοσφαιρικό πυρήνα ανατολικά του Yellowstone. Ταυτόχρονα, η πλευστή λιθόσφαιρα στα δυτικά δημιουργεί μια αντίθετη δύναμη. Μαζί, αυτές οι ανταγωνιστικές δυνάμεις ουσιαστικά «σκίζουν» την ηπειρωτική λιθόσφαιρα, δημιουργώντας ένα κανάλι που βυθίζεται νοτιοδυτικά κάτω από το Yellowstone.
Αυτό το κανάλι χρησιμεύει ως μια αποτελεσματική οδός για την άνοδο, την κίνηση και την εξέλιξη του μάγματος εντός της λιθόσφαιρας. Κατά συνέπεια, παίζει σημαντικό ρόλο στον έλεγχο του σχηματισμού και της μακροπρόθεσμης ανάπτυξης του μαγματικού συστήματος του Yellowstone.
Τα αποτελέσματα του μοντέλου ταιριάζουν στενά με ανεξάρτητες γεωφυσικές και γεωχημικές παρατηρήσεις που συλλέχθηκαν από την περιοχή.
Νέες ιδέες για το σχηματισμό υπερηφαιστείων
Οι ερευνητές λένε ότι η μελέτη τους παρέχει την πιο πλήρη εξήγηση για το πώς σχηματίζονται μεγάλα μαγματικά συστήματα κάτω από τα υπερηφαίστεια. Το μοντέλο συνδέει τη δημιουργία μάγματος στην ασθενόσφαιρα με την απόθεσή του σε όλη τη λιθόσφαιρα, συνδέοντας διαδικασίες που προηγουμένως ήταν δύσκολο να ερμηνευθούν σε ένα ενιαίο πλαίσιο.
Η εργασία προσδιορίζει επίσης έναν φυσικό μηχανισμό ικανό να συντηρεί μεγάλα, μακρόβια συστήματα μάγματος, ένα χαρακτηριστικό που μοιράζονται πολλά υπερηφαίστεια σε όλο τον κόσμο.
