Neue Studie erklärt, was den langlebigen Ausbruch des Vulkans Great Sitkin antreibt

Einer der aktivsten Vulkane Alaskas bricht seit Mai 2021 aus, aber der Ort intensiver seismischer Aktivität hat sich in dieser Zeit verschoben. Wissenschaftler haben sich gefragt, warum, und nun zeigen neue unterirdische Aufnahmen, dass der Vulkan tatsächlich zwei Magmakammern hat, die den sich ständig verändernden Ausbruch vorangetrieben haben.

Ähnlich wie bei einem Baum kann das, was man bei Vulkanen über der Erde sieht, im Vergleich zu dem, was unter der Erdoberfläche passiert, verblassen. Das gesamte Magma und die Aktivität sammeln sich unter der Oberfläche an und Wissenschaftler nutzen seismische Daten, um diese Aktivität zu messen, in der Hoffnung, mehr über die Mechanik eines Vulkans zu erfahren und zu versuchen, sein Verhalten vorherzusagen. Ein aktiver Vulkan kann ein feuriges Spektakel abliefern oder Asche rund um den Globus verbreiten.

Diese Ausbrüche können regionales Chaos verursachen, aber auch Wetterverhältnisse auf globaler Ebene stören. Sie können gesellschaftlich katastrophal sein, so Dr. Xiaotao Yang, Assistenzprofessor am Department of Earth, Atmospheric, and Planetary Sciences (EAPS) der Purdue University. Er studiert Seismologie, Tektonik und Erdbebengefahren.

Yang und ein Forscherteam haben die seismischen Daten des Großen Sitkin-Vulkans im Aleutenbogen Alaskas untersucht, der seit dem 26. Mai 2021 (koordinierte Weltzeit) ausbricht und seit Ende Juli 2021 anhaltenden Lavaausfluss aufweist. Das Team hat kürzlich seine Ergebnisse veröffentlicht , „Double Reservoirs Imaged Below Great Sitkin Volcano, Alaska, Explain the Migration of Volcanic Seismicity“, in der American Geophysical Union Geophysikalische Forschungsbriefe.

Beim Großen Sitkin-Vulkan wechselten die seismischen Aktivitäten (Erdbeben) vor und während des aktuellen Ausbruchs zwischen Regionen nordwestlich und südöstlich des Vulkangipfels innerhalb einer von Nordwesten nach Südosten verlaufenden seismischen Zone über die ganze Insel. Yang und seine Kollegen wollten die Ursache dieser räumlichen Variabilität ermitteln, die die Warnung vor Erdbeben und Vulkangefahren erschweren kann.

Das Team konstruierte eine seismische Geschwindigkeitsstruktur für die obersten 6 Kilometer des Großen Sitkin-Vulkans und sammelte Daten mit seismischen Daten aus den Jahren 2019 bis 2020 (mehr als ein Jahr vor Beginn des Ausbruchs), die vom Alaska Volcano Observatory gesammelt wurden.

In diesem Artikel wird untersucht, wie sich diese Vulkanausbrüche mit der Zeit entwickeln und was sie steuert. Das Team ging diese Probleme an, indem es die seismische Geschwindigkeitsstruktur des obersten 6 km unterhalb des Großen Sitkin-Vulkans im zentralen Aleutenbogen konstruierte. Die Ergebnisse dieser Studie tragen dazu bei, die Kontrolle des Eruptionsverhaltens durch das zugrunde liegende Magma-Rohrsystem bei aktiven Vulkanen besser zu verstehen. Dies wird die Vorhersage von Vulkanausbrüchen und die Bewertung vulkanischer Gefahren erleichtern.

Das Team besteht aus Yang und Cody Kupres, MS-Student der Purdue University, Diana C. Roman vom Earth and Planets Laboratory der Carnegie Institution for Science und Matt Haney vom Alaska Volcano Observatory des US Geological Survey. Yang führte seismische Bildgebung durch, um das unterirdische seismische Modell des Großen Sitkin-Vulkans zu erhalten, und leitete die formale Analyse des Erdbebenkatalogs und des seismischen Geschwindigkeitsmodells. Kupres trug zur Auswahl des Untersuchungsortes bei und half bei der Interpretation des Seismizitäts- und seismischen Geschwindigkeitsmodells.

Das Team geht davon aus, dass der Große Sitkin-Vulkan nicht nur ein, sondern zwei Magmareservoirs hat, die tief unter der Erdoberfläche sprudeln, und dass es einen sechsstufigen Eruptionszyklus gibt. Typischerweise durchläuft das magmatische System fünf Phasen: Magma-Ansammlung, erhöhte seismische Aktivität, anfängliche Eruption (kann explosiv oder überschwänglich sein), anhaltende Eruptionen mit einer Lavafontäne oder einem Lavastrom und nachlassende Aktivität, wenn die Eruption ihr Ende erreicht.

Das Team vermutet jedoch, dass der Große Sitkin-Vulkan tatsächlich über eine zusätzliche Stufe verfügt, bei der die zweite (flachere) Magmakammer nach dem ersten Ausbruch entsteht, der wahrscheinlich aus der tieferen Kammer stammt. Dies ist eine wichtige Ergänzung, da sie die Wechselwirkung zwischen den Kammern impliziert, die beide zum Lavaausfluss beitragen. An anderen Orten wurde die Erschließung von Magmakammern vorgeschlagen. Zusammengenommen erklären dieser sechsstufige Eruptionszyklus und die Doppelmagmakammern die räumliche und zeitliche Entwicklung der Seismizität auf der Insel und den abwechselnden Ausbruch zweier Stauseen.

„Dieses Phänomen der sich mit der Zeit ändernden Erdbebenorte, das als räumlich-zeitliche Migration bezeichnet wird, wurde auch bei anderen Vulkanen beobachtet. Allerdings kommt die vertikale Migration vulkanischer Seismizität häufiger vor“, sagt Yang. „Die deutliche seitliche Wanderung der Seismizität unterhalb des Vulkans Great Sitkin bietet eine wichtige Gelegenheit, die Kontrolle der Seismizität von Eruptionen zu untersuchen und zu untersuchen, was sie uns über die Entwicklung von Vulkanausbrüchen sagt. Das neue seismische Geschwindigkeitsmodell zeigt zwei Magmareservoirs in der Kruste mit deutlich niedrigen seismischen Geschwindigkeiten.“ (die Geschwindigkeit einer seismischen Welle, die sich durch das Medium ausbreitet).“

Das Team führte weitere Beobachtungen des Ausbruchs auf das Vorhandensein doppelter Magmakammern zurück. Erstens zeigt die Seismizität am Vulkan (vor und während des Ausbruchs) eine deutliche seitliche Wanderung zu verschiedenen Zeiten. Auch der Stausee im Südosten erreichte ein Jahr vor dem Ausbruch am 26. Mai 2021 seinen höchsten Seismizitätsgrad, obwohl der erste Ausbruch nur nordwestlich des Gipfels mit einem erhöhten Seismizitätsgrad einherging. Sie beobachteten auch, dass der erste Ausbruch explosiv war, obwohl nur vernachlässigbares Magma ausbrach.

Der Höhepunkt des Lavaergusses begann etwa zwei Monate nach dem ersten Ausbruch, wodurch zwischen dem ersten Ausbruch und dem Lavaerguss eine zweimonatige Lücke blieb. Diese Phase des Lavaausflusses fiel mit der zunehmenden Seismizität im Südosten zusammen. Etwa ein Jahr nach dem ersten Ausbruch kam es zu einer zweiten Phase des Lavaausflusses, die mit einer erhöhten Seismizität im Nordwesten vereinbar ist.

„Diese Beobachtungen deuten auf eine abwechselnde vulkanische Aktivität zwischen den beiden Magmareservoiren hin, was eine wichtige Ergänzung ist, die wir im Vergleich zu den typischen Stadien vorschlagen, die hauptsächlich auf einem Einzelreservoir-Modell oder einem Modell basieren, das hauptsächlich eine vertikale Wanderung der Seismizität beinhaltet“, sagt Yang. „Wir argumentieren jedoch, dass das Phänomen, das wir am Great Sitkin Volcano beobachten, nicht nur bei diesem Vulkan auftritt. Es kann verallgemeinert werden, um uns zu helfen, zu verstehen, wie mehrere Reservoirs, die möglicherweise unterschiedliche Größen haben, interagieren und die Initialisierung und Entwicklung des Vulkans beeinflussen könnten.“ Eruption sowie Magmafluss.

Aufgrund der unvorhersehbaren Natur vulkanischer Aktivität können Lava, Asche, Wasser und Gase im Laufe der Zeit schnell oder langsam in die Atmosphäre gelangen. Yang sagt, dass die Verwendung seismischer Daten allein für eine gründliche Untersuchung nicht ausreiche. Wissenschaftler müssen Gasemissionen, Oberflächenverformungen, Temperaturänderungen und andere Daten überwachen. Jeder Vulkan erfordert gründliche Forschung, damit Wissenschaftler besser vorhersagen können, wie und wann Vulkane in Zukunft ausbrechen könnten.

„Unsere Arbeit am Great Sitkin Volcano zeigt die Komplexität aktiver magmatischer Systeme und die Bedeutung der Echtzeitüberwachung aktiver Vulkane, einschließlich Erdbebenaktivitäten, Gasemissionen, Oberflächenverformung und Oberflächentemperatur, aufbauend auf dem Wissen über die Verteilung von.“ aktive Magma-Reservoirs“, sagt Yang.