Аэрогеофизическая съемка показала глубинное строение гидротермальной системы Йеллоустона

Исследователи получили детальную схему глубинного строения гидротермальной системы Йеллоустона. Она была составлена на основе данных аэрогеофизической съемки с вертолета. Оказалось, что горячие растворы поднимаются с глубин более одного километра по вертикальным разломам и на пути к поверхности смешиваются с неглубокими грунтовыми водами, текущими под потоками лавы. Работа опубликована в Nature.

В областях современного вулканизма развиты гидротермальные системы. Это подогреваемые водонапорные системы, где источником тепла выступает магматический очаг или глубинный флюид. Йеллоустонская кальдера на северо-западе США, которая сформировалась в результате взрыва 639 тысяч лет назад, вмещает крупнейшую гидротермальную систему в мире. Она расположена в верхнем километре земной коры и связана с неглубоким залеганием магмы и многочисленными разломами, которые образуют каналы для циркуляции вод.

За годы исследований в Йеллоустоне были детально изучены горячие источники, в том числе их химический состав и температура, интервалы извержений гейзеров и термофильные бактерии, которые живут в этих местах. Но мало что известно о связи гидротермальных объектов на поверхности с глубокими источниками тепла и флюидов. Современные представления состоят в том, что водные растворы находятся в резервуарах с неизвестной геометрией и выходят на поверхность на краях лавовых потоков.

Группа геологов из Дании и США под руководством Кэрол Финн (Carol Finn) из Геологической службы США решила уточнить глубинное строение гидротермальной системы Йеллоустона. Для этого исследователи провели аэрогеофизическую съемку местности. Данные были собраны в Йеллоустонском национальном парке с помощью вертолетной электромагнитной системы SkyTEM. Затем по профилям съемки были построены геоэлектрические модели, которые описывают электрические свойства геологического разреза вплоть до глубины 700 метров. Также геологи привлекли результаты магнитной съемки, чтобы изучить строение на большей глубине.

На основе электрических и магнитных свойств горных пород авторы выделили «сухой» риолит, который обладает удельным электрическим сопротивлением более 450 Ом-метров и магнитной восприимчивостью более 0,025, «влажный» риолит (15-450 Ом-метров и более 0,025 соответственно) и глину с удельным сопротивлением около 15 Ом-метров и восприимчивостью менее 0,018. На снижение показателей удельного сопротивления влияет водонасыщение и гидротермальная проработка пород.

Эти данные дают указывают на пути циркуляции водных растворов в Йеллоустоне. Геологи выделили зоны восходящего потока с удельным сопротивлением менее 15 Ом-метров. Здесь флюиды поднимаются по разломам, скрытыми под толщами глин. Зоны оттока представлены слоями с удельным сопротивлением 15-30 Ом-метров, где водные растворы растекаются в латеральном направлении под потоками лав.

Анализ детальных разрезов показал, что горячие растворы поднимаются вертикально с глубин более одного километра. На пути к поверхности они смешиваются с грунтовыми водами, текущими под потоками лавы. Авторы исследования считают, что разломы направляют подъем вод с глубин, а границы лавовых потоков контролируют водоносные горизонты, которые лежат близко к поверхности. Эта работа может стать основой для изучения гидротермальных систем во всем мире, а также вулканических опасностей, например гидротермальных взрывов, в регионе.

Ранее на N + 1 мы писали про «вулканические зимы», которые запустил Йеллоустон 639 тысяч лет назад, а также о крупных извержениях этой вулканической системы в миоцене.

Елена Гарова