Old Faithful е най-известната забележителност на националния парк Йелоустоун. Милиони посетители идват в парка всяка година, за да видят изригването на гейзера на всеки 44-125 минути. Но въпреки славата на Old Faithful, сравнително малко се знаеше за геоложката анатомия на структурата и флуидните пътища, които захранват гейзера под повърхността. До сега.
За Робърт Смит, дългогодишен изследовател от Йелоустоун и изтъкнат професор по геология и геофизика, изследването е кулминацията на повече от десетилетие на планиране и идва, когато той празнува своята 60-та година от работата в първия национален парк в Америка.
„Ето емблематичният гейзер на Йелоустоун“, казва Смит. „Това е известно по целия свят, но цялостното геоложко водопровод на горния гейзерен басейн на Йелоустоун не е картографирано, нито сме проучили как времето на изригвания е свързано с предшестващи земни трусове преди изригвания.“
Малки сеизмометри
Old Faithful е емблематичен пример за хидротермална характеристика, и по-специално за характеристиките в националния парк Йелоустоун, който е в основата на два активни резервоара на магма на дълбочина от 5 до 40 км, които осигуряват топлина на горните близки повърхностни подземни води. На някои места в Йелоустоун горещата вода се проявява в басейни и извори. В други приема формата на експлозивни гейзери.
Десетки структури обграждат Old Faithful, включително хотели, магазин за подаръци и център за посетители. Някои от тези сгради, установи Park Service, са построени върху топлинни характеристики, които водят до прекомерна топлина под изградената среда. Като част от плана си за управление на района Old Faithful, службата за паркове помоли учените от Университета на Юта да проведат геоложко проучване на района около гейзера.
В продължение на години съавторите на изследването Джейми Фарел и Фан-Чи Лин, заедно със Смит, са работили, за да характеризират резервоарите на магма дълбоко под Йелоустоун. Въпреки че геолозите могат да използват сеизмични данни от големи земетресения, за да видят особености дълбоко в земята, плитката подземна геология на парка е останала загадка, тъй като картографирането й би изисквало заснемане на ежедневно миниатюрно движение на земята и сеизмична енергия в много по-малък мащаб. „Опитваме се да използваме непрекъснато разклащане на земята, произведено от хора, автомобили, вятър, вода и хидротермално кипене на Йелоустоун, и да го преобразуваме в нашия сигнал“, казва Лин. "Можем да извлечем полезен сигнал от околните фонови вибрации на земята."
Към днешна дата Университетът на Юта е поставил 30 постоянни сеизмометра около парка, за да записва разклащането на земята и да следи за земетресения и вулканични събития. Цената на тези сеизмометри обаче може лесно да надхвърли $10 000. Малките сеизмометри, разработени от Fairfield Nodal за нефтената и газовата индустрия, намаляват цената до по-малко от $2 000 за единица. Те са малки бели кутии с височина около шест инча и са напълно автономни и самостоятелни. „Просто го изваждаш и го забиваш в земята“, казва Смит.
През 2015 г. с новите инструменти екипът на Юта разположи 133 сеизмометра в районите Old Faithful и Geyser Hill за двуседмична кампания.
Сензорите уловиха изблици от интензивни сеизмични трусове около Old Faithful, дълги около 60 минути, разделени от около 30 минути тишина. Когато Фарел представя тези модели, той често пита публиката в кой момент според тях се случва изригването на Old Faithful. Изненадващо, не е на върха на треперенето. Това е в края, точно преди всичко да утихне отново.
След изригване резервоарът на гейзера се пълни отново с гореща вода, обяснява Фарел.„Когато тази кухина се запълва, имате много горещи мехурчета под налягане“, казва той. "Когато се появят, те се охлаждат много бързо и се срутват и имплодират." Енергията, освободена от тези имплозии, причинява треперенето, водещо до изригване.
Шумът на един учен е сигнал на друг учен
Обикновено изследователите създават сеизмичен сигнал, като замахват с чук върху метална плоча на земята. Лин и Ву разработиха изчислителните инструменти, които биха помогнали да се намерят полезни сигнали сред сеизмичния шум, без да се нарушава чувствителната среда в горния басейн на гейзерите. Ву казва, че е успяла да използва самите хидротермални характеристики като сеизмичен източник, за да проучи как се разпространява сеизмичната енергия чрез корелиране на сигнали, записани от сензора близо до постоянен източник, с други сензори. „Удивително е, че можете да използвате хидротермалния източник, за да наблюдавате структурата тук“, казва тя.
Когато анализираха данните от сеизмичните сензори, изследователите забелязаха, че сигналите за тремор от Old Faithful не достигат до западната алея. Сеизмичните вълни, извлечени от друга хидротермална характеристика на север, се забавиха и се разпръснаха значително в почти същата област, което предполага, че някъде на запад от Old Faithful е подземен елемент, който влияе на сеизмичните вълни по аномален начин. С гъста мрежа от сеизмометри екипът би могъл да определи формата, размера и местоположението на обекта, който според тях е хидротермалния резервоар на Old Faithful.
Wu изчислява, че резервоарът, мрежа от пукнатини и пукнатини, през които тече водата, има диаметър от около 200 метра, малко по-голям от стадиона Rice-Eccles в Университета на Юта и може да побере приблизително 300 000 кубически метра вода, или повече от 79 милиона галона. За сравнение, всяко изригване на Old Faithful освобождава около 30 m3 вода, или почти 8 000 галона. „Въпреки че това е груба оценка, бяхме изненадани, че е толкова голям“, казва Ву.
Допълнителна работа
Екипът далеч не е готов да отговаря на въпроси за Йелоустоун. Те се върнаха за друго сеизмично проучване през ноември 2016 г. и планират разгръщането им през 2017 г., което да започне след затварянето на пътищата в парка за зимата. Ву разглежда как температурата на въздуха може да промени подземната структура и да повлияе на разпространението на сеизмичните вълни. Фарел използва сеизмичните данни на екипа, за да предскаже как вълните на земетресението могат да отекнат в региона. Смит очаква с нетърпение провеждането на подобен анализ в басейна на гейзерите Норис, най-горещата геотермална зона на парка. Лин казва, че изследователската програма на Университета на Юта в Йелоустоун дължи много на дългите десетилетия отношения на Смит с парка, позволяващи нови открития. „Имате нужда от нови техники“, казва Лин, „но също и от тези дългосрочни връзки.“
