En utilisant la modélisation sur ordinateur, Des scientifiques de l'Université de l'Oregon ont dévoilé une nouvelle explication de la géologie sous-jacente à l'imagerie sismique récente des corps magmatiques sous le parc national de Yellowstone.

Yellowstone, un supervolcan réputé pour ses éruptions explosives, de grandes caldeiras et de vastes coulées de lave, a pendant des années attiré l'attention des scientifiques essayant de comprendre l'emplacement et la taille des chambres magmatiques en dessous. La dernière éruption de formation de caldeira a eu lieu 630, il y a 000 ans; le dernier grand volume de lave a fait surface 70, il y a 000 ans.

La croûte sous le parc est chauffée et ramollie par des infusions continues de magma qui s'élèvent d'une anomalie appelée panache du manteau, similaire à la source du magma du volcan Kilauea à Hawaï. D'énormes quantités d'eau qui alimentent les geysers spectaculaires et les sources chaudes de Yellowstone refroidissent la croûte et l'empêchent de devenir trop chaude.

Avec la modélisation informatique, une équipe dirigée par le doctorant de l'UO Dylan P. Colón a fait la lumière sur ce qui se passe ci-dessous. À des profondeurs de 5 à 10 kilomètres (3 à 6 milles), les forces opposées s'opposent, formant une zone de transition où les roches froides et rigides de la croûte supérieure cèdent la place aux chaudes, roche ductile et même partiellement fondue en dessous, l'équipe rapporte dans un article en Lettres de recherche géophysique .

Cette transition piège les magmas ascendants et les amène à s'accumuler et à se solidifier dans un grand corps horizontal appelé seuil, qui peut mesurer jusqu'à 15 kilomètres (9 miles) d'épaisseur, selon la modélisation informatique de l'équipe.

"Les résultats de la modélisation correspondent aux observations faites en envoyant des ondes sismiques à travers la zone, " a déclaré le co-auteur Ilya Bindeman, professeur au Département des sciences de la Terre de l'UO. "Ce travail semble valider les hypothèses initiales et nous donne plus d'informations sur les emplacements du magma de Yellowstone."

Ce seuil mi-crustal est composé principalement de gabbro solidifié, une roche formée à partir de magma refroidi. Au-dessus et au-dessous se trouvent des corps magmatiques séparés. La partie supérieure contient le magma rhyolitique collant et riche en gaz qui éclate occasionnellement lors d'explosions qui éclipsent l'éruption de 1980 du mont St. Helens dans l'État de Washington.

Des structures similaires peuvent exister sous les super volcans du monde entier, dit Colon. La géométrie du seuil peut également expliquer des signatures chimiques différentes dans les matériaux éruptifs, il a dit.

Le projet de Colón de modéliser ce qui se trouve sous le premier parc national du pays, qui a été sculpté il y a 2 millions d'années par l'activité volcanique, a commencé peu après qu'un article publié en 2014 dans Geophysical Research Letters par une équipe dirigée par l'Université de l'Utah ait révélé des preuves d'ondes sismiques d'un grand corps de magma dans la croûte supérieure.

Les scientifiques avaient soupçonné, cependant, que d'énormes quantités de dioxyde de carbone et d'hélium s'échappant du sol indiquaient que davantage de magma se trouvait plus loin. Ce mystère a été résolu en mai 2015, lorsqu'une deuxième étude dirigée par l'Université de l'Utah, publié dans la revue Science, identifié au moyen d'ondes sismiques par seconde, plus grand corps de magma à des profondeurs de 20 à 45 kilomètres (12-27 miles).

Cependant, Colon a dit, les études d'imagerie sismique n'ont pas permis d'identifier la composition, état et quantité de magma dans ces corps magmatiques, ou comment et pourquoi ils se sont formés là-bas.

Pour comprendre les deux structures, Les chercheurs de l'UO ont écrit de nouveaux codes pour la modélisation par superordinateur afin de comprendre où le magma est susceptible de s'accumuler dans la croûte. Le travail a été réalisé en collaboration avec des chercheurs de l'Ecole polytechnique fédérale de Suisse, également connu sous le nom d'ETH Zurich.

Les chercheurs ont obtenu à plusieurs reprises des résultats indiquant qu'une grande couche de magma refroidi avec un point de fusion élevé se forme au niveau du filon-couche mi-crustal, séparer deux corps magmatiques avec du magma à un point de fusion inférieur, dont une grande partie provient de la fonte de la croûte.

"Nous pensons que cette structure est à l'origine du volcanisme rhyolite-basaltique dans tout le hotspot de Yellowstone, y compris les éruptions supervolcaniques, " dit Bindeman. " C'est la pépinière, un accord géologique et pétrologique avec des produits éruptifs. Notre modélisation permet d'identifier la structure géologique de l'endroit où se trouve le matériau rhyolitique."

La nouvelle recherche, pour l'instant, n'aide pas à prédire le moment des futures éruptions. Au lieu, il offre un aspect inédit qui aide à expliquer la structure du système de plomberie magmatique qui alimente ces éruptions, dit Colon. Il montre où le magma éruptible provient et s'accumule, ce qui pourrait aider avec les efforts de prédiction à plus long terme.

"Cette recherche aide également à expliquer certaines des signatures chimiques observées dans les matériaux éruptifs, " a déclaré Colón. " Nous pouvons également l'utiliser pour explorer à quel point le panache du manteau est chaud en comparant les modèles de différents panaches à la situation réelle à Yellowstone que nous comprenons à partir des archives géologiques. "

Colón explore maintenant ce qui influence la composition chimique des magmas qui éclatent dans des volcans comme Yellowstone.

Etudier l'interaction des magmas ascendants avec la zone de transition crustale, et comment cela influence les propriétés des corps magmatiques qui se forment à la fois au-dessus et en dessous, les scientifiques ont écrit, devrait améliorer la compréhension scientifique de la façon dont les panaches du manteau influencent l'évolution et la structure de la croûte continentale.