2019年，黄石国家公园诺里斯间歇泉盆地蒸汽船间歇泉喷发。该间歇泉的第一次活动记录是在1878年，从那以后它就断断续续地断断续续，有一次长达50年都没有喷发。2018年，在中断了三年半之后，该系统重新启用，原因仍不清楚。(加州大学伯克利分校摄影:马拉·里德)
黄石国家公园的蒸汽船间歇泉在休眠三年半后于2018年苏醒，它的喷水量比世界上任何活跃间歇泉都要高。一些人猜测，这预示着周围间歇泉盆地可能会爆发火山喷发。这些所谓的热液爆炸会把泥浆、沙子和岩石抛向空气，释放出热蒸汽，危及生命;2019年12月，新西兰怀特岛发生了这样的爆炸，造成22人死亡。
研究间歇泉的地球科学家的一项新研究给这个观点泼了冷水，他们发现很少有迹象表明地下岩浆运动是爆发的先决条件。这些间歇泉坐落在美国最大、最活跃的火山口外，但在过去7万年里没有发生过大型火山爆发。
“热液爆炸——基本上是热水与热岩石接触而爆炸——是黄石公园最大的危险之一，”加州大学伯克利分校地球和行星科学教授、该研究的资深作者迈克尔·Manga说。“它们存在问题的原因是很难预测;目前尚不清楚是否有任何先兆能让你提供警告。”
他和他的团队发现，尽管在间歇泉重新激活之前，间歇泉周围的地面上升，地震活动有所增加，而且该地区目前向大气放射的热量略有增加，但盆地内其他休眠间歇泉没有重新启动。推动蒸汽船喷发的地下水温度也没有上升，而且除了2018年开始的蒸汽船喷发之外，没有其他连续的蒸汽船喷发发生在高地震活动期之后。
“我们没有发现任何证据表明大喷发即将来临。我认为这是一个重要的结论。
这项研究将在本周的《美国国家科学院院刊》上发表。
三个简单的问题
Manga在世界各地研究过间歇泉，并在自己的实验室里创造了一些间歇泉，他和同事着手回答关于蒸汽船间歇泉的三个主要问题:它为什么会苏醒?为什么它的周期如此多变，从3天到17天不等?为什么它喷射得这么高?
2019年夏天，科学团队的六名成员在加州大学伯克利分校的麦科恩大厅围坐在一张桌子旁，开展蒸汽船间歇泉项目的工作。从左下顺时针方向，Carolina Munoz-Saez, Anna Barth, Sahand Hajimirza, Tarsilo Girona, Sin-Mei Wu和Majid Rasht-Behesht。研究小组分析的三个问题和假设都写在greenboard上，而描述间歇泉喷发的流体动力学方程也写在了白板上。(加州大学伯克利分校摄影:Michael Manga)
研究小组找到了其中两个问题的答案。通过比较美国、俄罗斯、冰岛和智利的11个不同间歇泉的柱高，以及它们喷发时的水库的估计深度，他们发现水库越深，喷发出来的射流就越高。汽船间歇泉,水库地下25米(82英尺),列最高——115米,或377英尺,而两个间歇泉,漫画以智利是最低的——喷发大约1米(3英尺)从地下水库2和5米高。
他说:“你真正在做的是把一个容器装满。当容器达到临界点时，你就把它倒空，然后液体就会耗尽，这些液体会爆发，直到容器再次装满。”“你走得越深，压力就越大。压强越高，沸点越高。水越热，能量就越多，间歇泉也就越高。”
为了探究蒸汽船间歇泉变化的原因，该团队收集了自2018年该间歇泉重新激活以来的109次喷发的记录。这些记录包括天气和水流数据、地震仪和地面变形读数，以及间歇泉爱好者的观测(https://geysertimes.org/geyser.php?id=Steamboat)。研究人员还研究了steamboat’以前的活跃期和休眠期，以及其他九座黄石间歇泉的活跃期和休眠期，以及诺里斯间歇泉盆地的地面热辐射数据。
他们得出的结论是，降雨量和融雪量的变化可能是间歇泉周期变化的部分原因，也可能是其他间歇泉周期变化的原因。在春季和初夏，随着冰雪和雨水的融化，地下水压力推动更多的水进入地下水库，提供更多的热水，更频繁地喷发。在冬季，由于缺水，较低的地下水压力使水库重新蓄水的速度减慢，导致火山喷发之间的间隔时间变长。他说，因为被推入水库的水来自比水库更深的地方，这些水在喷发回地表之前已经存在几十年或几百年了。
10月，漫画团队成员展示了水资源短缺和干旱对间歇泉的极端影响。他们发现，黄石公园标志性的老忠实间歇泉在13世纪和14世纪完全停止喷发了大约100年，这是根据放射性碳测定法对在间歇泉休眠时生长在周围的矿化的美国黑松进行的。通常情况下，泉水碱性太强，温度太高，树木无法在活跃的间歇泉附近生长。在这个休眠时期，美国西部经历了一段漫长的温暖干燥时期，这段时期被称为“中世纪气候异常”(Medieval Climate Anomaly)，它可能导致了美国西部几个土著文明的消失。
“气候变化将在未来影响间歇泉，”Manga说。
间歇泉可以帮助理解火山爆发
漫威和他的团队无法确定蒸汽船间歇泉在静止了3年193天之后，为什么会在2018年3月15日再次启动，尽管众所周知，蒸汽船间歇泉比老忠实间歇泉更不稳定，它通常每90分钟喷发一次。他们没有找到确凿的证据证明新岩浆从间歇泉下涌出导致了它的复活。
他说，这种重新激活可能与内部管道的变化有关。间歇泉似乎需要三种成分:热量、水和由二氧化硅组成的岩石。由于间歇泉中的热水不断地溶解和再沉积二氧化硅，每次蒸汽船间歇泉喷发，都会带来大约200公斤或440磅的溶解二氧化硅。一些二氧化硅沉积在地下，可能会改变间歇泉下面的管道系统。他说，如果管道改道，这样的改变可能会暂时停止或重新激活火山喷发。
Manga在他的实验室里对间歇泉进行了实验，以了解它们周期性喷发的原因。在这些实验中，周期性的火山喷发似乎是由于管道中的回路或侧室引起的，这些回路或侧室捕捉了缓慢滴出的蒸汽气泡，加热了上面的水柱，直到所有的水自上而下沸腾，爆炸地喷出一根水柱和蒸汽。
他说，对间歇泉水喷发的研究可以为了解火山热岩石的喷发提供线索。
他说:“我们问的问题非常简单，我们不能回答就有点尴尬，因为这意味着地球上有一些基本的过程我们不是很了解。”“我们认为需要研究间歇泉的原因之一是，如果我们能理解并解释间歇泉是如何喷发的，我们对岩浆做同样研究的希望就会低得多。”
这项研究是由加州大学伯克利分校的研究生、第一作者玛拉·里德领导的，其成果源于一次由苹果酒动态地球研究合作研究所举办的年度夏季研讨会。其他合作者卡罗莱纳大学的Munoz-Saez智利和哥伦比亚大学在纽约,Sahand Hajimirza德克萨斯州莱斯大学的吴Sin-Mei犹他大学,哥伦比亚大学的安娜·巴斯,Tarsilo赫罗纳大学的阿拉斯加,Majid Rasht-Behesht罗德岛布朗大学,艾琳白色怀俄明州的黄石国家公园,玛丽安Karplus德克萨斯大学埃尔帕索分校和扫罗的赫维茨在加州的美国地质调查局(U.S. Geological Survey)。这项工作得到了美国国家科学基金会的支持。
相关信息
- 世界上最高的活跃间歇泉——蒸汽船间歇泉的2018年苏醒和喷发动力学(PNAS)
- 可知杂志的文章和视频
- 间歇泉为什么会喷发?管道中的循环(2015年2月24日)
- 迈克尔漫画的网站
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