Forskare börjar bara förstå hur gammal trofasta verk

Varje 90 minuter samlas en folkmassa på en trä strandpromenad, eftersom ånga häller ut ur en spricka i marken. Snabbt, en utlopp av vatten, upp till 184 meter hög, utbrott från marken i ca 90 sekunder. Och 90 minuter senare händer det hela tiden igen. Old Faithful är en av de mest kända sevärdheterna i Yellowstone National Park, men för all sin popularitet vet vi inte exakt hur förutsägbar geyser fungerar. Något värmer det vattnet och tvingar det ut med jämna mellanrum, men den exakta mekaniken har förblev ett mysterium. Tack vare en ny studie har vi nu en tydligare bild av vilka saker som ser ut som underjordiska.

Forskare dunglade en kamera ner Old Faithful's gullet tillbaka på 1990-talet, fångar video av kokande vatten och silikon sinter bergformationer närmast ytan. Annars har tekniken hittills begränsat vad vi kan ta reda på den hydrotermiska funktionen utan att bli allvarligt skålld av vatten som är 204 grader Fahrenheit. Nyligen beslutade ett team av forskare från University of Utah att prova ett nytt verktyg, en serie små seismiska vågsensorer, för att se om det skulle kunna hjälpa dem att bättre förstå Gamla Troende. Resultaten var lovande - inte bara kunde de se skillnaden mellan ett lavaflöde och glacialgrus, de kunde också se en massiv reservoar strax väster om gejsaren. Den reservoaren, som ligger ungefär under den gamla trofasta kroen, är en sannolik källa till gejsarens vätska. Det är den första tydliga titt på systemet, och det förändras hur forskare tror att Old Faithful fungerar.

"Några studier tyder på att det kan finnas ett hålrum som är under eller något på sidan av den gamla trofasta rörledningen, men det är inte riktigt bevisat, säger Fan-Chi Lin, en geolog på University of Utah-laget. Det har tänkats att om den här håligheten existerar, kan den fånga ång- och vattenbubblorna och låta trycket byggas till ett utbrott. Men om kaviteten faktiskt är en jätte vätska reservoar längre bort - ca 100 meter i sydväst enligt Lin och hans kollegor - då måste utbrott ske på ett annat sätt.

För att kartlägga underytan kring Old Faithful braste University of Utah-teamet kölden när turisterna rensade ut för säsongen och satt upp en rad 133 sensorer. Deras mål var att mäta vibrationerna i marken som genereras av geyserens utbrott och se hur snabbt de reste genom den omgivande klippan. Sensorerna satt omkring Old Faithful i två veckor och samlade fyra terabyte data som beskriver markvibrationer - även om några tuggades av djur, förmodligen nyfikna coyotes.

Sensorerna används av University of Utah forskare. Paul Gabrielson / University of Utah

Sin-Mei Wu, en medförfattare av studien, använde sedan ett datorprogram för att identifiera vibrationer vid varje sensor som definitivt orsakades av utbrotten. Baserat på tidpunkten för utbrottet, upptaget av sensorer som ligger närmast ventilerna, såg Wu vid den tiden vibrationen kom fram till sensorer längre ut. Geologer kan härleda materialets egenskaper underjordiska, baserat på hur lång tid det tar att en vibration går igenom dem.

"Vi kan se att det finns ett område med vågor som saktras avsevärt," säger Lin. "Det är troligt att vattnet faktiskt motstår vågutbredning, som saktar ner vågorna." Hur långsamt vibrationens vågor reser kan också hjälpa dem att uppskatta volymen av vatten under jord. Lin och Wu säger att det är cirka 300 000 kubikmeter vatten. I jämförelse springer Old Faithful bara ut cirka 30 kubikmeter under varje utbrott.

Old Faithful och den omgivande strandpromenaden och byggnaderna 2006. Yellowstone National Park / Public Domain

"Kanske eftersom det här är en stor reservoar, producerar den en konstant hydrotermisk vätska som matar till systemet och producerar detta utbrott var 90: e eller så, säger Lin. Och laget har bara repat ytan. De vet fortfarande inte tillräckligt om de djupare strukturerna som ingår i den närliggande Yellowstone supervolcanoen, och hoppas kunna bilda den underliggande magmakammaren. "Det kommer så småningom att ge en bättre uppfattning om vad vulkanrisken ligger i området."

Lin konstaterar att denna studie verkligen bara berättar om Old Faithful. Vi har ingen aning om det fungerar som andra geysrar eftersom vi inte heller har kunnat avbilda dem. "Vi planerar att sätta denna typ av matris på andra hydrotermiska system", säger han. Norris Geyser Basin, även i Yellowstone, har blivit varmare och varmare, så den här tekniken kan hjälpa National Park Service att avgöra om den underjordiska strukturen förändras och huruvida den ska blockera området om en hydrotermisk explosion är överhängande.

Norris Geyser Basin är ett annat aktivt hydrotermiskt område. InSapphoWeTrust / CC BY-SA 2.0

Informationen kan också hjälpa Park Service-skyddsstrukturerna, inklusive Old Faithful Inn, färdig 1904. "De försökte gräva ner för att förstärka basens struktur och på ett mycket grundligt djup, de nådde mycket varm hydrotermisk vätska", säger Lin. "Det finns viss oro om det faktiskt finns aktiv hydrotermisk aktivitet rätt under några av byggnaderna där."

Teamet planerar att modiga snön och coyoterna igen i november för att lägga ut en annan matris nära ett ställe som heter Geyser Hill. De små sensorerna är ett kraftfullt verktyg för att låsa upp de geologiska mysterierna hos några av naturens största show.