Un nuovo approccio all'analisi dei dati sismici rivela zone verticali profonde di bassa velocità sismica nel sistema idraulico sottostante il vulcano Cleveland in Alaska, uno dei più attivi degli oltre 70 vulcani delle Aleutine. I risultati sono pubblicati in Rapporti scientifici di Helen Janiszewski, recentemente di Carnegie, ora all'Università delle Hawaii a Mānoa, e Lara Wagner e Diana Roman di Carnegie.

I vulcani ad arco come Cleveland si formano sui confini delle placche dove una placca tettonica scorre sotto l'altra. Sono collegati al mantello terrestre da complesse strutture del sottosuolo che attraversano l'intero spessore della crosta del pianeta. Queste strutture sono più complesse delle grandi camere di roccia fusa che ricordano l'illustrazione di un vulcano da manuale. Piuttosto, comprendono una serie interlacciata di roccia solida e un mix "molle" di roccia parzialmente fusa e cristalli solidi.

La risoluzione di questa architettura sotterranea è cruciale per la pianificazione dell'emergenza e per salvare vite umane. Ma queste regioni sono state difficili da immaginare.

Poiché è impossibile per gli umani osservare direttamente le profondità dell'interno del nostro pianeta, gli scienziati hanno bisogno di strumenti che li aiutino a visualizzare cosa sta succedendo laggiù. Tradizionalmente, una varietà di approcci geofisici e geochimici vengono impiegati per determinare le strutture che esistono sotto un vulcano.

Per esempio, le onde sismiche causate dai terremoti possono essere utilizzate come un ultrasuono per mappare l'interno della Terra. Ma perché questo funzioni, le onde devono raggiungere le strutture sotterranee che gli scienziati vogliono studiare. Sebbene Cleveland abbia frequenti emissioni di gas, esplosioni, e depositi di cenere sulla sua superficie, ci sono pochissime prove di attività sismica nelle profondità del vulcano. Questo rende l'immagine dell'architettura della crosta inferiore e media sotto Cleveland molto impegnativa.

Fino ad ora, il numero di strumenti necessari per utilizzare le onde sismiche che viaggiano da terremoti più lontani per l'imaging era proibitivo.

In questo lavoro, Janiszewski ha dimostrato una nuova tecnica che utilizza le onde sismiche provenienti da terremoti lontani, ma isola solo la parte di esse interessata dal movimento attraverso il confine tra il mantello e la crosta terrestre. Ciò ha permesso a Janiszewski di costruire modelli che distinguono meglio le regioni parzialmente fuse dalla roccia solida circostante in queste profondità difficili da raggiungere sotto il vulcano di Cleveland senza richiedere un numero molto più ampio di stazioni sismiche in superficie.

"Abbiamo rivelato la struttura sotterranea profonda del vulcano con dettagli mai visti prima, utilizzando meno strumenti di un ordine di grandezza rispetto a quanto è tipico per l'imaging sismico dettagliato dei vulcani, " ha detto Janiszewski.

A differenza dei tipici esperimenti di imaging sismico che impiegano dozzine di sismometri, questo studio ne ha usati solo otto. Sei di queste stazioni sono state dispiegate nell'ambito dell'esperimento sulle isole delle quattro montagne, finanziato dalla NSF, tra agosto 2015 e luglio 2016. Due erano stazioni permanenti dell'Osservatorio del vulcano dell'Alaska.

"La tecnica consentirà l'imaging di strutture sotto i vulcani dove ci sono solo poche stazioni, o dove la mancanza di terremoti profondi nelle vicinanze rende difficili altri metodi, " ha aggiunto Janiszewski.