Utilizzando la modellazione del supercomputer, Gli scienziati dell'Università dell'Oregon hanno svelato una nuova spiegazione per la geologia alla base delle recenti immagini sismiche dei corpi di magma sotto il Parco Nazionale di Yellowstone.

Yellowstone, un supervulcano famoso per le eruzioni esplosive, grandi caldere ed estese colate laviche, ha attirato per anni l'attenzione degli scienziati che cercavano di capire la posizione e le dimensioni delle camere magmatiche sottostanti. L'ultima eruzione che ha formato la caldera si è verificata nel 630, 000 anni fa; l'ultimo grande volume di lava emerso 70, 000 anni fa.

La crosta sottostante il parco è riscaldata e ammorbidita da continue infusioni di magma che salgono da un'anomalia chiamata pennacchio di mantello, simile alla sorgente del magma del vulcano Kilauea delle Hawaii. Enormi quantità di acqua che alimentano i drammatici geyser e le sorgenti termali di Yellowstone raffreddano la crosta e impediscono che diventi troppo calda.

Con la modellazione al computer, un team guidato dallo studente di dottorato dell'UO Dylan P. Colón ha fatto luce su ciò che sta accadendo di seguito. A una profondità di 5-10 chilometri (3-6 miglia) le forze opposte si contrastano, formando una zona di transizione dove le rocce fredde e rigide della crosta superiore lasciano il posto a quelle calde, roccia duttile e anche parzialmente fusa sottostante, la squadra riferisce in un documento in Lettere di ricerca geofisica .

Questa transizione intrappola i magmi in aumento e li fa accumulare e solidificare in un grande corpo orizzontale chiamato davanzale, che può essere fino a 15 chilometri (9 miglia) di spessore, secondo la modellazione al computer del team.

"I risultati della modellazione corrispondono alle osservazioni fatte inviando onde sismiche attraverso l'area, " ha detto il co-autore Ilya Bindeman, un professore del Dipartimento di Scienze della Terra dell'UO. "Questo lavoro sembra convalidare le ipotesi iniziali e ci fornisce maggiori informazioni sulle posizioni del magma di Yellowstone".

Questo davanzale a metà crosta è composto per lo più da gabbro solidificato, una roccia formata da magma raffreddato. Sopra e sotto si trovano corpi magmatici separati. Quello superiore contiene il magma riolitico appiccicoso e ricco di gas che occasionalmente erutta in esplosioni che fanno impallidire l'eruzione del 1980 del Monte St. Helens nello stato di Washington.

Strutture simili potrebbero esistere sotto i supervulcani di tutto il mondo, disse Colon. La geometria del davanzale può anche spiegare le diverse firme chimiche nei materiali eruttivi, Egli ha detto.

Il progetto di Colón per modellare quello che c'è sotto il primo parco nazionale della nazione, che è stato scolpito 2 milioni di anni fa dall'attività vulcanica, è iniziato subito dopo che un articolo del 2014 in Geophysical Research Letters di un team guidato dall'Università dello Utah ha rivelato prove dalle onde sismiche di un grande corpo di magma nella crosta superiore.

Gli scienziati avevano sospettato, però, che enormi quantità di anidride carbonica ed elio che fuoriescono dal terreno indicano che più magma si trova più in basso. Quel mistero è stato risolto nel maggio 2015, quando un secondo studio condotto dall'Università dello Utah, pubblicato sulla rivista Science, individuato tramite onde sismiche al secondo, corpo più grande di magma a profondità da 20 a 45 chilometri (12-27 miglia).

Però, Colon ha detto, gli studi di imaging sismico non hanno potuto identificare la composizione, stato e quantità di magma in questi corpi magmatici, o come e perché si sono formati lì.

Per comprendere le due strutture, I ricercatori dell'UO hanno scritto nuovi codici per la modellazione dei supercomputer per capire dove è probabile che il magma si accumuli nella crosta. Il lavoro è stato svolto in collaborazione con ricercatori dell'Istituto Federale Svizzero di Tecnologia, noto anche come ETH Zurigo.

I ricercatori hanno ripetutamente ottenuto risultati che indicano che un grande strato di magma raffreddato con un alto punto di fusione si forma sul davanzale medio crostale, separare due corpi magmatici con magma a punto di fusione inferiore, gran parte del quale deriva dalla fusione della crosta.

"Pensiamo che questa struttura sia ciò che causa il vulcanismo riolite-basalto in tutto il punto caldo di Yellowstone, comprese le eruzioni supervulcaniche, " Bindeman ha detto. "Questo è il vivaio, una corrispondenza geologica e petrologica con i prodotti eruttivi. La nostra modellazione aiuta a identificare la struttura geologica di dove si trova il materiale riolitico".

La nuova ricerca, per adesso, non aiuta a prevedere i tempi delle future eruzioni. Anziché, fornisce uno sguardo mai visto prima che aiuta a spiegare la struttura del sistema idraulico magmatico che alimenta queste eruzioni, disse Colon. Mostra dove si origina e si accumula il magma eruttabile, che potrebbe aiutare con gli sforzi di previsione più avanti.

"Questa ricerca aiuta anche a spiegare alcune delle firme chimiche che si vedono nei materiali eruttivi, "Possiamo anche usarlo per esplorare quanto sia caldo il pennacchio del mantello confrontando i modelli di diversi pennacchi con la situazione reale a Yellowstone che capiamo dalla documentazione geologica".

Colón sta ora esplorando ciò che influenza la composizione chimica dei magmi che eruttano nei vulcani come Yellowstone.

Studiando l'interazione dei magmi in aumento con la zona di transizione crostale, e come questo influenzi le proprietà dei corpi magmatici che si formano sia al di sopra che al di sotto di esso, gli scienziati hanno scritto, dovrebbe aumentare la comprensione scientifica di come i pennacchi del mantello influenzano l'evoluzione e la struttura della crosta continentale.