Imaging shallow magma storage and fluid pathways beneath Aso volcano using ambient-noise tomography
Door middel van omgevingsruis-tomografie op een tijdelijk seismisch netwerk hebben onderzoekers een ondiepe, onder druk staande magmatische opslagzone en een daarboven gelegen hydrothermale kanaalstructuur onder de Nakadake-krater van de Mt. Aso in beeld gebracht, waarbij zij onthulden hoe deze structuren het transport van vloeistoffen faciliteren en vulkanische trillingen genereren.
Oorspronkelijk artikel gelicentieerd onder CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dit is een AI-gegenereerde uitleg van het onderstaande artikel. Het is niet geschreven of goedgekeurd door de auteurs. Raadpleeg het oorspronkelijke artikel voor technische nauwkeurigheid. Lees de volledige disclaimer
Stel je de aardkorst niet voor als een solide, onverzettelijke rots, maar als een gigantische, borrelende snelkookpan. Diep onder de grond zijn gesmolten gesteente (magma) en superhete vloeistoffen constant in beweging, terwijl ze proberen een weg naar het oppervlak te vinden. Soms raken ze vast in verborgen zakken, waardoor de druk oploopt zoals stoom in een waterkoker. Als die druk te hoog wordt, kan de "waterkoker" ontploffen, wat leidt tot een vulkanische uitbarsting. Wetenschappers willen al lang naar binnen kijken in deze snelkookpannen om te begrijpen hoe ze werken, maar de aarde is ondoorzichtig; we kunnen een vulkaan niet zomaar met een röntgenfoto bekijken. In plaats daarvan gebruiken ze een slim trucje genaamd "ambient-noise tomography" (omgevingsruis-tomografie). Denk eraan als proberen de vorm van een kamer te achterhalen door te luisteren naar de echo van een constante, lage brom (zoals verkeer of wind) die tegen de muren weerkaatst. Door veel microfoons (seismometers) rond een vulkaan te plaatsen en te luisteren naar hoe deze natuurlijke trillingen door de grond reizen, kunnen wetenschappers in kaart brengen waar het gesteente hard is en waar het zacht, gebarsten of gevuld met vloeistof is. Dit is belangrijk omdat als we de "loodgieterij" van een vulkaan kunnen in kaart brengen, we misschien kunnen voorspellen wanneer hij op het punt staat te ontploffen, wat potentieel levens en eigendommen kan redden.
Laten we nu inzoomen op Mount Aso, een van de grootste actieve caldera-vulkanen ter wereld in Japan. Het is een massief systeem met een geschiedenis van superuitbarstingen, maar onlangs was de activiteit geconcentreerd op een kleinere centrale krater genaamd Nakadake. Jarenlang wisten wetenschappers dat er iets vreemds aan de hand was onder de grond, maar de kaarten waren wazig. In dit onderzoek besloot een team onderzoekers om een veel scherper beeld te krijgen. Ze stelden een tijdelijk netwerk van 40 seismometers rond de vulkaan op en luisterden ongeveer 35 dagen lang naar de natuurlijke brom van de aarde. Met een methode die de grond behandelt als een gigantisch muziekinstrument, maakten ze een hoogresolutie 3D-kaart van de S-golf snelheid (hoe snel transversale golven door gesteente reizen) tot op ongeveer 5 kilometer diepte.
Wat ze vonden, is alsof je de geheime architectuur van de keuken van een vulkaan ontdekt. Eerst ontdekten ze een duidelijke, eivormige "blob" van zeer zacht gesteente gelegen op 2,5 tot 4,5 kilometer onder de Nakadake-krater. In deze zone beweegt het gesteente zo langzaam (ongeveer 1,5 km/s) dat dit suggereert dat het gesteente niet alleen solide is; het is sterk gefragmenteerd en onder druk staand, waarschijnlijk gevuld met een mengsel van vulkanische vloeistoffen en gas. De auteurs suggereren dat dit een ondiepe magmatische opslagzone is. Het is geen enorme, open plas lava, maar meer een spons gemaakt van gebarsten gesteente die hete vloeistoffen opzuigt. Omdat het gesteente zo gebarsten en onder druk staand is, kan het gemakkelijk uitzetten of krimpen, wat verklaart waarom de grond soms opzwelt en weer inzakt.
Boven deze "spons" vond het team een smalle, verticale tunnelachtige structuur die omhoog reikt richting het oppervlak. Dit ziet eruit als een vloeistofkanaal, een pijp die de onder druk staande vloeistoffen vanuit de opslagzone naar de krater leidt. Het gesteente hier is ook zeer traag bewegend, wat suggereert dat het gevuld is met open scheuren. Dit is waarschijnlijk waar de "zeer lange periode" trillingen (een type laagfrequente brom) worden gegenereerd, terwijl gas door deze smalle pijp omhoog raast. Ten slotte, direct onder de krater zelf, is het gesteente het zachtst van allemaal, met snelheden die dalen tot ongeveer 1 km/s. Deze bovenste laag wordt geïnterpreteerd als een zone van intens veranderd gesteente en een dicht netwerk van scheuren, waarschijnlijk gevuld met zuur, heet water.
Het artikel suggereert ook een fascinerend verhaal over wat er met de vloeistoffen gebeurt terwijl ze opstijgen. Diep beneden zijn de vloeistoffen waarschijnlijk in een "superkritische" staat—een vreemde, dichte fase die noch volledig vloeibaar, noch volledig gas is. Naarmate ze naar de ondiepere opslagzone stijgen, daalt de druk, en ze kunnen plotseling in gas veranderen. Deze faseverandering veroorzaakt een enorme volumevergroting, wat de druk in de gebarsten gesteentenspons verhoogt en het gas de smalle kanaal in duwt. Dit proces lijkt de motor te zijn die de huidige activiteit van de vulkaan aandrijft.
Interessant genoeg keek de studie ook naar het bredere gebied en vond zones met een lage snelheid die in lijn liggen met bekende breuklijnen, inclusen de lijn die een grote aardbeving in 2016 nabij veroorzaakte. Dit sugggeert dat het loodgietersysteem van de vulkaan verbonden is met de bredere tektonische scheuren in de aardkorst. Hoewel de studie niet beweert het mysterie van Mount Aso voor altijd opgelost te hebben, biedt het een veel helderder beeld van de ondiepe loodgieterij. De auteurs suggereren dat door de aandacht te houden bij deze specifieke opslagzone en de drukveranderingen daarin, we beter kunnen worden in het voorspellen van toekomstige vulkanische onrust. Ze vermelden zelfs dat een nieuw monitorings-experiment start om deze zone nauwer in de gaten te houden, gebruikmakend van de structurele aanwijzingen die ze net hebben gevonden om de hartslag van de vulkaan nauwlettender in de gaten te houden.
Verdrinkt u in papers in uw vakgebied?
Ontvang dagelijkse digests van de nieuwste papers die bij uw onderzoekswoorden passen — met technische samenvattingen, in uw taal.