Imaging shallow magma storage and fluid pathways beneath Aso volcano using ambient-noise tomography
Durch die Anwendung der Ambient-Noise-Tomografie auf ein temporäres Seismometernetzwerk bildeten Forscher eine flache, unter Druck stehende Magma-Speicherzone und einen darüber liegenden hydrothermalen Konduit unter dem Nakadake-Krater des Mt. Aso ab, wodurch aufgedeckt wurde, wie diese Strukturen den Fluidtransport erleichtern und vulkanische Tremore erzeugen.
Originalarbeit lizenziert unter CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dies ist eine KI-generierte Erklärung des untenstehenden Papers. Sie wurde nicht von den Autoren verfasst oder gebilligt. Für technische Genauigkeit konsultieren Sie das Originalpaper. Vollständigen Haftungsausschluss lesen
Stellen Sie sich die Erdkruste nicht als festen, unnachgiebigen Fels vor, sondern als einen riesigen, brodelnden Schnellkochtopf. Tief unter der Erde sind geschmolzenes Gestein (Magma) und superheiße Fluide ständig in Bewegung und versuchen, einen Weg an die Oberfläche zu finden. Manchmal bleiben sie in verborgenen Taschen stecken und bauen dabei Druck auf, wie Dampf in einem Wasserkocher. Wenn dieser Druck zu hoch wird, kann der „Kochtopf“ explodieren, was zu einem Vulkanausbruch führt. Wissenschaftler wollten schon lange in diese Schnellkochtöpfe hineinsehen, um zu verstehen, wie sie funktionieren, aber die Erde ist undurchsichtig; wir können einen Vulkan nicht einfach röntgen. Stattdessen nutzen sie einen cleveren Trick namens „Ambient-Noise-Tomographie“. Denken Sie daran wie der Versuch, die Form eines Raumes zu bestimmen, indem man dem Echo eines konstanten, tiefen Summens (wie Verkehr oder Wind) lauscht, das von den Wänden abprallt. Indem man viele Mikrofone (Seismometer) um einen Vulkan platziert und darauf hört, wie diese natürlichen Vibrationen durch den Boden wandern, können Wissenschaftler kartieren, wo das Gestein hart und wo es weich, rissig oder mit Fluiden gefüllt ist. Das ist wichtig, denn wenn wir die „Rohrleitungen“ eines Vulkans kartieren können, können wir vielleicht vorhersagen, wann er kurz davor steht, zu explodieren, was potenziell Leben und Eigentum retten kann.
Lassen Sie uns nun auf den Mount Aso zoomen, einen der weltweit größten aktiven Caldera-Vulkane in Japan. Er ist ein massives System mit einer Geschichte von Supereruptionen, aber in jüngster Zeit konzentrierte sich seine Aktivität auf einen kleineren zentralen Krater namens Nakadake. Jahrelang wussten Wissenschaftler, dass unter der Erde etwas Merkwürdiges vor sich geht, aber die Karten waren unscharf. In dieser Studie beschloss ein Forscherteam, ein viel schärferes Bild zu zeichnen. Sie stellten ein temporäres Netzwerk aus 40 Seismometern um den Vulkan herum auf und hörten etwa 35 Tage lang auf das natürliche Summen der Erde. Mit einer Methode, die den Boden wie ein riesiges Musikinstrument behandelt, erstellten sie eine hochauflösende 3D-Karte der S-Wellen-Geschwindigkeit (wie schnell Scherwellen durch Gestein wandern) bis in eine Tiefe von etwa 5 Kilometern.
Was sie fanden, gleicht der Entdeckung der geheimen Architektur der Küche eines Vulkans. Zuerst entdeckten sie einen deutlich ausgeprägten, eiförmigen „Blob“ aus sehr weichem Gestein, der sich 2,5 bis 4,5 Kilometer unter dem Nakadake-Krater befindet. In dieser Zone bewegt sich das Gestein so langsam (etwa 1,5 km/s), dass dies darauf hindeutet, dass das Gestein nicht nur fest ist; es ist stark zerklüftet und unter Druck stehend, wahrscheinlich gefüllt mit einer Mischung aus vulkanischen Fluiden und Gasen. Die Autoren vermuten, dass dies eine flache Magma-Speicherzone ist. Es ist kein riesiger, offener Lavasee, sondern eher wie ein Schwamm aus rissigem Gestein, der heiße Fluide aufsaugt. Da das Gestein so zerklüftet und unter Druck steht, kann es sich leicht ausdehnen oder zusammenziehen, was erklärt, warum der Boden sich manchmal aufbläht und wieder zusammenzieht.
Oberhalb dieses „Schwamms“ fand das Team eine schmale, vertikale, tunnelartige Struktur, die sich in Richtung der Oberfläche erstreckt. Dies sieht aus wie ein Fluid-Kanal, ein Rohr, das die unter Druck stehenden Fluide aus der Speicherzone nach oben zum Krater leitet. Das Gestein hier ist ebenfalls sehr langsam beweglich, was darauf hindeutet, dass es mit offenen Rissen gefüllt ist. Hier werden wahrscheinlich die „Very Long-Period“-Tremors (eine Art von niederfrequentem Grollen) erzeugt, während Gas durch dieses schmale Rohr nach oben schießt. Schließlich ist das Gestein direkt unter dem Krater selbst am weichsten, wobei die Geschwindigkeiten auf etwa 1 km/s sinken. Diese obere Schicht wird als eine Zone intensiv veränderten Gesteins interpretiert, die ein dichtes Netz von Rissen aufweist, das wahrscheinlich mit saurem, heißem Wasser gefüllt ist.
Das Paper deutet auch eine faszinierende Geschichte darüber an, was mit den Fluiden passiert, während sie aufsteigen. Tief unten befinden sich die Fluide wahrscheinlich in einem „superkritischen“ Zustand – einer seltsamen, dichten Phase, die weder vollständig flüssig noch vollständig gasförmig ist. Wenn sie in die flachere Speicherzone aufsteigen, sinkt der Druck, und sie könnten plötzlich in Gas übergehen. Dieser Phasenwechsel verursacht eine massive Volumenexpansion, was den Druck in der zerklüfteten Gesteinsspeicherzone erhöht und das Gas durch den schmalen Kanal nach oben drückt. Dieser Prozess scheint der Motor zu sein, der die aktuelle Aktivität des Vulkans antreibt.
Interessanterweise untersuchte die Studie auch das weitere Umfeld und fand Zonen niedriger Geschwindigkeit, die mit bekannten Verwerfungslinien übereinstimmen, einschließlich derjenigen, die das schwere Erdbeben von 2016 in der Nähe verursachte. Dies deutet darauf hin, dass das Rohrleitungssystem des Vulkans mit den breiteren tektonischen Rissen in der Erdkruste verbunden ist. Während die Studie nicht behauptet, das Geheimnis des Mount Aso für immer gelöst zu haben, liefert sie eine viel klarere Karte des flachen Rohrleitungssystems. Die Autoren schlagen vor, dass wir durch die Beobachtung dieser spezifischen Speicherzone und ihrer Druckveränderungen besser darin werden könnten, zukünftige vulkanische Unruhen vorherzusagen. Sie erwähnen sogar, dass ein neues Überwachungsexperiment beginnt, um diese Zone mithilfe der gerade gefundenen strukturellen Hinweise genauer zu beobachten, um den Herzschlag des Vulkans besser im Auge zu behalten.
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