Old Faithful è il punto di riferimento più famoso del Parco Nazionale di Yellowstone. Milioni di visitatori vengono al parco ogni anno per vedere il geyser eruttare ogni 44-125 minuti. Ma nonostante la fama di Old Faithful, relativamente poco si sapeva dell'anatomia geologica della struttura e dei percorsi dei fluidi che alimentano il geyser sotto la superficie. Fino ad ora.

Gli scienziati dell'Università dello Utah hanno mappato la geologia vicino alla superficie intorno a Old Faithful, rivelando il serbatoio di acqua riscaldata che alimenta lo sfiato superficiale del geyser e come si comporta lo scuotimento del terreno tra le eruzioni. La mappa è stata resa possibile da una fitta rete di sismografi portatili e da nuove tecniche di analisi sismica. I risultati sono pubblicati in Lettere di ricerca geofisica . Il dottorando Sin-Mei Wu è il primo autore.

Per Robert Smith, un ricercatore di lunga data di Yellowstone e illustre professore di geologia e geofisica, lo studio è il culmine di oltre un decennio di pianificazione e arriva mentre celebra il suo sessantesimo anno di lavoro nel primo parco nazionale d'America.

"Ecco l'iconico geyser di Yellowstone, " dice Smith. "È conosciuto in tutto il mondo, ma l'impianto idraulico completo dell'Upper Geyser Basin di Yellowstone non è stato mappato né abbiamo studiato come i tempi delle eruzioni siano correlati ai tremori del suolo precursori prima delle eruzioni".

Piccoli sismometri

Old Faithful è un esempio iconico di una caratteristica idrotermale, e in particolare delle caratteristiche del Parco Nazionale di Yellowstone, che è alla base di due serbatoi di magma attivi a profondità da 5 a 40 km di profondità che forniscono calore alle acque sotterranee vicine alla superficie sovrastanti. In alcuni punti di Yellowstone, l'acqua calda si manifesta in piscine e sorgenti. In altri, prende la forma di geyser esplosivi.

Decine di strutture circondano Old Faithful, compresi hotel, un negozio di souvenir e un centro visitatori. Alcuni di questi edifici, il Park Service ha trovato, sono costruiti su caratteristiche termiche che provocano un calore eccessivo al di sotto dell'ambiente costruito. Come parte del loro piano per gestire l'area Old Faithful, il Park Service ha chiesto agli scienziati dell'Università dello Utah di condurre un'indagine geologica dell'area intorno al geyser.

Per anni, coautori dello studio Jamie Farrell e Fan-Chi Lin, insieme a Smith, hanno lavorato per caratterizzare i serbatoi di magma in profondità sotto Yellowstone. Sebbene i geologi possano utilizzare i dati sismici di grandi terremoti per vedere le caratteristiche delle profondità della terra, la geologia del sottosuolo superficiale del parco è rimasta un mistero, perché mapparlo richiederebbe di catturare il movimento del suolo in miniatura di tutti i giorni e l'energia sismica su una scala molto più piccola. "Cerchiamo di utilizzare il continuo scuotimento del terreno prodotto dall'uomo, macchine, vento, acqua e bolle idrotermali di Yellowstone e convertirlo nel nostro segnale, " Dice Lin. "Possiamo estrarre un segnale utile dalla vibrazione del terreno di fondo dell'ambiente."

Ad oggi, l'Università dello Utah ha posizionato 30 sismometri permanenti intorno al parco per registrare lo scuotimento del terreno e monitorare terremoti ed eventi vulcanici. Il costo di questi sismometri, però, può facilmente superare $ 10, 000. Piccoli sismometri, sviluppato da Fairfield Nodal per l'industria petrolifera e del gas, ridurre il costo a meno di $ 2, 000 per unità. Sono piccoli contenitori bianchi alti circa sei pollici e sono totalmente autonomi e autonomi. "Basta tirarlo fuori e piantarlo nel terreno, "dice Smith.

Nel 2015, con i nuovi strumenti, il team dello Utah ha distribuito 133 sismometri nelle aree di Old Faithful e Geyser Hill per una campagna di due settimane.

I sensori hanno rilevato esplosioni di intense scosse sismiche intorno all'Old Faithful, circa 60 minuti, separati da circa 30 minuti di quiete. Quando Farrell presenta questi modelli, chiede spesso al pubblico a che punto pensano che avvenga l'eruzione dell'Old Faithful. Sorprendentemente, non è al culmine dell'agitazione. è alla fine, poco prima che tutto torni a tacere.

Dopo un'eruzione, il serbatoio del geyser si riempie di nuovo di acqua calda, spiega Farrell. "Mentre quella cavità si riempie, hai un sacco di bolle calde pressurizzate, " dice. "Quando vengono su, si raffreddano molto rapidamente e collassano e implodono." L'energia rilasciata da quelle implosioni provoca i tremori che portano a un'eruzione.

Il rumore di uno scienziato è il segnale di un altro scienziato

Tipicamente, i ricercatori creano un segnale sismico facendo oscillare un martello su una piastra metallica a terra. Lin e Wu hanno sviluppato gli strumenti di calcolo che avrebbero aiutato a trovare segnali utili tra il rumore sismico senza disturbare l'ambiente sensibile nell'Upper Geyser Basin. Wu dice di essere stata in grado di utilizzare le stesse caratteristiche idrotermali come fonte sismica, studiare come l'energia sismica si propaga correlando i segnali registrati al sensore vicino a una sorgente persistente ad altri sensori. "È incredibile che tu possa usare la sorgente idrotermale per osservare la struttura qui, " lei dice.

Quando si analizzano i dati dei sensori sismici, i ricercatori hanno notato che i segnali di tremore provenienti dall'Old Faithful non raggiungevano la passerella occidentale. Le onde sismiche estratte da un'altra caratteristica idrotermale nel nord hanno rallentato e si sono disperse in modo significativo quasi nella stessa area, suggerendo che da qualche parte a ovest di Old Faithful c'era una caratteristica sotterranea che influenza le onde sismiche in modo anomalo. Con una fitta rete di sismometri, la squadra potrebbe determinare la forma, dimensione, e la posizione della funzione, che credono sia il serbatoio idrotermale dell'Old Faithful.

Wu stima che il serbatoio, una rete di crepe e fratture attraverso la quale scorre l'acqua, ha un diametro di circa 200 metri, un po' più grande dello stadio Rice-Eccles dell'Università dello Utah, e può contenere circa 300, 000 metri cubi d'acqua, o più di 79 milioni di galloni. A confronto, ogni eruzione di Old Faithful rilascia circa 30 m ³ d'acqua, o quasi 8, 000 galloni. "Anche se è una stima approssimativa, siamo rimasti sorpresi che fosse così grande, " dice Wu.

Ulteriori lavori

Il team non ha ancora finito di rispondere alle domande su Yellowstone. Sono tornati per un'altra indagine sismica nel novembre 2016 e stanno pianificando la loro distribuzione nel 2017, per iniziare dopo la chiusura delle strade del parco per l'inverno. Wu sta studiando come la temperatura dell'aria potrebbe cambiare la struttura del sottosuolo e influenzare la propagazione delle onde sismiche. Farrell sta usando i dati sismici del team per prevedere come le onde sismiche potrebbero riverberarsi nella regione. Smith non vede l'ora di condurre analisi simili a Norris Geyser Basin, l'area geotermica più calda del parco. Lin dice che il programma di ricerca dell'Università dello Utah a Yellowstone deve molto al rapporto decennale di Smith con il parco, consentendo nuove scoperte. "Servono nuove tecniche, "Lin dice, "ma anche quelle relazioni a lungo termine."