Nieuw gigantisch magma-reservoir ontdekt onder Yellowstone

Diep onder het Yellowstone National Park, een van de meest dynamische vulkanische systemen ter wereld, ligt een gigantisch, tot nu toe onbekend, reservoir van heet, deels gesmolten gesteente. Het reservoir is 4,5 keer zo groot als de reeds bekende magmakamer van de supervulkaan onder Yellowstone.
Jassen Todorov
De Grand Prismatic Spring in Yellowstone.

Een team van de University of Utah heeft een studie gepubliceerd in het tijdschrift "Science", die voor het eerst een volledig beeld geeft van het "loodgieterswerk" in Yellowstone, vanaf de aardmantel tot aan de oppervlakte.

Yellowstone, dat zich over delen van de Amerikaanse staten Wyoming, Idaho en Montana uitstrekt, vertoont een opmerkelijk gamma van vulkanische activiteiten, zoals geisers, warme modderpoelen, warme bronnen en rookpluimen. Het park ligt op een supervulkaan, een van de grootste ter wereld, die momenteel slaapt maar die in het verleden al drie keer een catastrofale uitbarsting gekend heeft. Bij een dergelijke uitbarsting stoot de supervulkaan duizend keer zoveel materiaal uit als bij de uitbarsting van Mount Saint-Helens in de VS in 1980, en dat zou wereldwijde gevolgen hebben.

Geleerden wisten al langer dat de supervulkaan een grote magmakamer heeft, die de uitbarstingen gevoed heeft van 2 miljoen, 1,2 miljoen en 640.000 jaar geleden. De nieuwe studie vervolledigt nu het beeld.

Mantelpluim

Het hele systeem begint met een mantelpluim (hotspot plume), die gesmolten rotsen van diep in de aardmantel omhoog brengt tot een gebied zo'n 60 kilometer onder de oppervlakte. Die mantelpluim was de geleerden al langer bekend, net als de ondiepe magmakamer (magma chamber) op zo'n 10 kilometer onder de oppervlakte, waarin zo'n 10.000 kubieke kilometer gesmolten materiaal zit.

En nu hebben de onderzoekers nog een dieper reservoir (magma reservoir) gevonden, 4,5 keer zo groot als de eerste kamer, dat tussen 20 en 50 kilometer onder de oppervlakte ligt. In het gigantische reservoir zit 46.000 kubieke kilometer materiaal, genoeg om de hele Grand Canyon elf keer te vullen. 

Het reservoir is gevuld met hete rotsen, waarvan de meeste vast zijn, maar er zitten ook wat gesmolten rotsen tussen. Volgens de onderzoekers is zo'n twee procent van het materiaal volledig gesmolten.

17 miljoen jaar

Het systeem bestaat al zo'n 17 miljoen jaar, waarbij de grootste verandering komt van de beweging van de Noord-Amerikaanse aardplaat, die ruwweg 2,5 centimeter per jaar naar het zuidwesten schuift. Dat laat een spoor van caldeira's na - grote kraters -, doorheen Idaho, Oregon en Nevada.

De caldeira van de laatste grote uitbarsting, 640.000 jaar geleden, is een onregelmatig gevormd gat van zo'n 40 op 60 kilometer. De caldeira is sindsdien gedeeltelijk opgevuld met lava uit kleinere uitbarstingen en door natuurlijke erosie, en het Yellowstone Lake bedekt er een deel van. De belangrijkste visuele aanwijzing voor het bestaan van de oude caldeira is dan ook de afwezigheid van bergen in het hart van Yellowstone Park: die zijn letterlijk weggeblazen in de laatste uitbarsting.

Hetzelfde fenomeen van een reeks vulkanen die na elkaar gevormd worden, is ook te zien in de eilandengroep Hawaï. Naarmate de Pacifische plaat daar over een hot spot schuift, een plaats waar een mantelpluim magma naar boven brengt, vormt zich een sliert van vulkanen, waarvan de oudste niet meer actief zijn. Ook in de Galapagoseilanden is dat het geval, de oudere eilanden zijn niet meer actief, de jongste zijn nog erg actieve vulkanen.

AP2009

Een canyon in het Yellowstone-park.

Risico

De nieuwe ontdekking zal de onderzoekers helpen om het mechanisme van de supervulkaan beter te begrijpen, maar ze maakt geen verschil voor de risicoschattingen van een volgende grote uitbarsting.

Het vulkanisch systeem in Yellowstone kent grote, en kolossale, catastrofale uitbarstingen, maar het inschatten van het risico op een gebeurtenis als een vulkaanuitbarsting, die een lage waarschijnlijkheid heeft maar grote consequenties, is altijd moeilijk.

Volgens Robert Smith, emeritus professor geofysica aan de University of Utah en een van de auteurs van de studie, doen de enorme uitbarstingen in Yellowstone zich ruwweg elke 700.000 jaar voor, en de laatste was, zoals gezegd, 640.000 jaar geleden.

Kleinere, maar toch nog steeds aanzienlijke uitbarstingen, waarbij er lava vloeit over een groot deel van het park, komen veel vaker voor. Sinds de laatste gigantische uitbarsting zijn er al minstens 50 kleinere uitbarstingen geweest, de laatste daarvan was zo'n 70.000 jaar geleden.

Geologische processen volgen echter geen klok: het zijn chaotische systemen die blootstaan aan spanningen die zich opbouwen op grote afstanden en die zich kunnen verplaatsen. Het is dus onmogelijk te voorspellen wanneer Yellowstone opnieuw zal uitbarsten, hetzij in een grote uitbarsting of in een gigantische uitbarsting. Wat wel duidelijk is, is dat het systeem nog steeds erg  actief is.  

AP2008

Het Norris Geyser Basin in Yellowstone.

Equivalent van een MRI

De nieuwe studie is gebaseerd op wat het equivalent van een MRIscan genoemd kan worden, van de aardkorst onder Yellowstone, en de natuur zelf heeft het belangrijkste diagnose-instrument ervoor geleverd: aardbevingen. 

Het gebied rond Yellowstone is erg seismisch actief, erg gevoelig voor aardbevingen, en elk jaar zijn er honderden kleine bevingen. Die bevingen sturen seismische golven door de aardkorst. Seismografen rond Yellowstone en in de rest van de VS leggen de precieze tijd van aankomst van die golven vast, wat toelaat vast te stellen hoe lang ze er over gedaan hebben om de instrumenten te bereiken.

De snelheid van de golven bevat informatie: als de seismische golven op hete rotsen botsen, gaan ze trager, door koude rotsen gaan ze sneller door. Door de gegevens van een hele reeks seismografen te combineren, kunnen de onderzoekers een beeld vormen van de hete en koude rotsen onder Yellowstone. Dat wordt "seismische tomografie" genoemd, en het is te vergelijken met een MRI- of CT-scan van het menselijk lichaam.

Meest gelezen