地球和环境

Supervolcano取证:解开地球最大的自然灾难的奥秘

To many, if not most, the word ‘forensics’ invokes images of the very small – DNA, fingerprints, etc., – but for Professor Shanaka de Silva and his colleagues at the College of Earth, Ocean, and Atmospheric Sciences, Oregon State University, ‘forensics’ is being used to investigate something altogether bigger. The team is using a multidisciplinary approach to reveal the secrets of ‘supervolcanoes’ and supereruptions, calling on expertise in the fields of geophysics, geochronology, petrology, geochemistry, and numerical modelling.

毗邻小行星影响,超级环是地球上最灾难性的自然危害。平均而言,大约每10万年的地球上发生超硬,覆盖周围地区,数千立方米的火山材料,影响全球气候。在这些爆发期间,岩浆室屋顶的崩溃留下了火山口(直径千公里的火山口)。在以下Decimillennia中,火山恢复为岩浆重新调整到扰动(而是像水的表面,当某些东西掉入其中时)导致上面的地面膨胀('隆起')和变形 - 一种称为复兴的过程。地震,海啸湖和新鲜爆发表征了这种复苏,构成了显着和持续的危险。

旁边的小行星影响,超硬是地球上最灾难性的自然危害

潜在的影响使得超级洛杉矶成为最重要的任务,而俄勒冈州立大学的地球大学,海洋和大气科学学院和他的同事是一项最重要的任务。特别是,该组正在解决一些问题:

  1. 饲料超硬的岩浆体可能至少比他们形成的卡尔德拉斯大小的数量级,并在数十万到数百万年的数十万到数百万。问题仍然是如何在地壳中积累的大量的大量的岩浆,而不是冷却并凝固到花岗岩中。
  2. 促进大型岩浆机构的增长的条件降低了爆发的可能性。为什么这些岩浆系统最终会失败并爆发?
  3. 在灾难性超硬后,系统在“复兴”和“躁动性”阶段(或De Silva教授描述了它,“在大舞之后的后方之后)恢复。为什么这会发生,以及驱动力学和时间尺度是什么?由于目前目前的CALDERAS(例如,黄石,坎皮·弗雷,长谷,Toba)是复兴和焦躁的,最后一个危险的危险会有多长时间?
  4. 由于许多大型破火山口反复喷发,经历了喷发和恢复的周期,超级喷发和复活之间的关系是什么?

地球上最大的火山湖——多巴(印度尼西亚苏门答腊岛)充满了长100公里、宽30公里的多巴火山口,在地球最近最大的超级喷发中形成了74ka。位于中心的萨莫西尔岛是火山喷火山口的底部,在超级膨胀后的复苏中上升了近一公里。由美国宇航局提供的GeoCover陆地卫星7号的红外和可见光图像。

拼图的碎片
de Silva教授和他的同事们正在世界各地的火山口用不同的科学技术收集信息,他们将这种方法称为超级火山法医学。学生和博士后研究人员进行了大量开创性的工作,其中包括:

  1. Geochronology (led by graduate students Casey Tierney, Chris Folkes, Jamie Kern, Jason Kaiser, Rodrigo Iriarte and collaborators Axel Schmitt and Martin Danišík), which uses the decay of radioactive isotopes in magmatic minerals (i.e., crystals within the magma; for example, zircon) to date volcanic processes. This work has focused on calderas in the Central Andes and has shown that:
    1. 晶体可以在储存区域中形成爆发前几十万年;和
    2. 储存区域的大部分岩浆实际上没有喷发。
  2. Geochemistry and petrology (including work by graduate students Dale Burns, Stephanie Grocke, Chris Folkes and collaborator Jan Lindsay), which uses the chemistry and textures of both liquid magma and magmatic minerals to understand magma history (e.g., storage depths, temperature, water content, interaction with other magma, speed of ascent). The team has confirmed:
    1. 岩浆室的多级演化,体积,组成和异质性的不同变化;和
    2. 热和化学均匀的岩浆驻留在超硬之前和之后的存储区域中,并驱动恢复活性。由于常规定期注射新鲜,热的岩浆免于深度,这些岩浆不会凝固。
  3. 地球物理(由钚项目的合作者领导),包括使用地震波(即由地震和岩浆运动产生的波浪),以产生Calderas下面的地壳的3D图像。这项工作证实了存在大量低速区(即部分熔融区域),其延伸了数百公里和数十公里的深度。
  4. 数值建模(由Collaborator Patricia Gregg领导),使用数学模型预测系统在给定条件下的行为方式。这项工作表明:
    1. 周围岩石的流变学(无论是脆性或韧性)是控制因素;
    2. 岩浆热能、岩石可塑性、内部加压和喷发可能性之间的负反馈促进了生长而不是喷发;
    3. 最终的大岩浆室(即,喷发发作)是屋顶流变和几何的函数;一旦水库容量达到104.-10年5.km.3.,地壳无法支撑它们,屋顶坍塌,生产最多10的Calderas3.-10年4.km.2,与地球上最大的火山口保持一致。

2017年8月2日的Sinabung Volcano的发球流量。Sinabung距离Toba的北部仅有20英里,并与Toba分享地球化学和年龄特征。
信用:山买德席尔瓦。

De Silva群体的工作牢固地在基于实地的储存和地层(事件的相对时间和空间关系)的观察中牢牢地达到基础的观察结果表明,超级环烷烃是地壳级岩石活动的表现形式。超级岩岩岩浆系统的开发和寿命依赖于传热与地壳的机械强度之间的相互作用。如果没有这一反馈,岩浆无法存储在大卷中;它会在小事中爆发,或者太早凝固。这反过来控制了爆发和卡尔德拉斯的最终规模。

de Silva教授和他的同事正在开发一个简单的模型,作为一个综合框架,并着眼于危险评估,将破火山口的行为作为对地壳和岩浆系统中力量平衡变化的反应来构建。在这个模型中,破火山口循环是一个连续的循环。一种令人兴奋的可能性是,由于与大型岩浆系统喷发前发展有关的变形的时间和空间尺度与与不稳定有关的变形的尺度大不相同,因此从复活和不稳定到喷发前积聚的过渡原则上是可以探测到的。挑战的一部分是确定不同阶段的时间和空间尺度以及它们的表面表现。

de Silva教授和他的同事正在使用不同的科学技术收集信息,他们将这种方法称为超级火山法医学

新研究焦点
为了特别提高对复兴和躁动的理解,德尔瓦教授和他的团队现在已经关注印度尼西亚的Toba。大约74 ka(千年前),Toba经历了过去10万年的最灾难性的爆发,在此期间至少2,800公里2岩浆喷发(这是1980年圣海伦斯火山喷发数量的2.8万倍!),形成了一个30公里宽、100公里长的火山口。从那时起,破火山口底部经历了超过1公里的垂直隆起,形成了萨莫西尔岛。这个项目得到了美国国家科学基金会的支持,目的是验证一个假设,即复苏是由气候爆发后遗留下来的岩浆提供的。

像Toba Caldera这样的超级环的生命周期。顶部 - 随着岩浆积聚地壳的翘起并拉伸。故障从表面向下传播。通过深度(红色)(105至106岁)继续入侵岩浆炎热。中间超硬 - 最终故障相交,岩浆和喷发引发,因为屋顶块进入岩浆室,就像柱塞一样,以在超音速(天至周)以灰,气体和浮石(天至周)。底部 - 复兴。火山口可以填充水。岩浆系统和地壳重新调整折叠屋顶块,并通过崩溃故障(104至105岁)泄漏小爆发。

到目前为止,研究生Adonara Mucek使用了地形学到迄今为止Zircon晶体和湖泊沉积物沉积物,揭示了复兴开始至少30 kA,并持续到至少2.7 ka。在活泼的爆发后,随着新鲜的岩浆从深处恢复活力,在新鲜的岩浆中恢复活力的爆发。研究生凯瑟琳索达和玉鲍尔德的新工作进一步限制了湖泊沉积物历史,并扩大了我们对复苏爆发的理解,包括与积极爆发的正弦火山可能的关系。

常见问题

下一次超级喷发将在何时何地发生?
未来超硬的最可能的地方是过去有这样一种爆发的位置。我们知道,像Toba和Yellowstone这样的大型火山窗在基本上具有多种爆发的位置。如果导致其形成和进化的因素保持相同(基本上由板块构造),这些火山窗是最可能的位置。

目前的统计数据表明,地球大约每10万年经历超硬(幅度,M 8)。然而,在过去的74 ka中至少有两种这样的爆发,我们的地球超硬的库存可能是不完整的。卡尔德拉斯似乎是循环的,但它们的周期性迅速变化。我们最好的策略是在目前积极的系统中保持警惕,并注意地球周围的火山区域,这些火山在过去的二百万年左右的这种活动。

今天超级性质的一些地方,区域和全球影响是什么?
我们的理解是,100公里半径内的一切都将被杀虫流动流动摧毁。除此之外,根据盛行的风,可能对运输,电力基础设施,水资源和农业产生大陆的影响。沟通几乎肯定是有限的,由于机场不适用,而空中交通限制。全球影响是辩论的,但通常认为大量的冷却(由于大气气溶胶)多年来,将对农业,食物链和人类活动产生不利影响,这是最有可能的全球影响。鉴于全球经济的相互关联,全球部门的超级性能可能是全球“黑天鹅”活动。

超硬化的总破坏半径是多少?
大约100公里是普遍商定的价值。

你能从超硬症中远远有多远,仍然听到它?
M 4.5 1883克拉科特的喷发通常被引用为地球上有史以来最响亮的声音。显然明确听到了3000英里的距离,爆发产生的压力尖峰(声波)围绕全球记录大约五天。所以技术上,这个爆发的“声音”在世界各地听到了几天。随着夸夸的爆发,超硬率至少1000倍,因此,预计“声音”可以显着“更响亮”和激烈。

哪些新技术和/或科学的进步将有助于我们更好地了解超级环保?
在理解火山的时候,我们仍然在婴儿期间,而不仅仅是超级环保。对理解这一问题是岩浆系统中发生的事情。虽然我们开始了解一些信号火山广播,但是超级环烷的问题是它们比普通火山更长的时间尺度,并且超过更大的空间尺度。这是一个巨大的挑战,但是在了解岩浆系统如何构建和发展的几个方面,正在制定进展,这些系统开发的时间尺度,魔法过程的速度和时间尺度以及导致爆发而不是存储。虽然我们正在提高我们从焦躁地喀尔德拉斯读取信号的能力,但两个尚未克服的挑战是预测(如果)爆发会发生爆发,而且它将有多大。帮助回答这两个问题的方法和技术至关重要。一个令人兴奋的发展领域是使用卫星来测量与火山相关的信号。鉴于焦躁地区的全球分布和卫星运行,持续监测和测量的长时间和空间尺度可能是我们努力了解超级环的关键方向。

此功能文章是通过批准的研究团队特色而创建的。这是一个协作的生产,由特色辅助,全球分销提供支持。

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