• Thursday April 18,2019

Apa Helium Boleh Beritahu Kami Mengenai Gunung Berapi

Selepas gempa bumi Yellowstone pada 30 Mac, terdapat banyak kegilaan. Orang ramai membantah teori bahawa haiwan berlari dari taman dengan ketakutan, bahawa gempa bumi akan mencetuskan letusan dan pelepasan helium meningkat di kaldera, yang bermaksud letusan akan datang. Sekarang, dalam kesungguhan saya untuk menyekat ketakutan itu, saya berkata tidak, tidak satu pun dari peristiwa-peristiwa ini dalam apa-apa cara yang berkaitan dengan kemungkinan letusan yang akan datang di Yellowstone. Baiklah, saya menerima e-mel dari Dr. Jacob Lowenstern, saintis yang bertanggungjawab di Balai Cerap Gunung Kuning, yang membawa saya kembali terbawa-bawa kerana salah satu dari tiga itu sebenarnya boleh memberitahu kami tentang aktiviti di kaldera. Tidak, ia bukan haiwan - mereka hanya berhijrah - dan tidak, gempa itu tidak akan mencetuskan letusan (saya menutup minggu lalu). Walau bagaimanapun, ada cerita menarik mengenai aktiviti helium dan magmatic - dan ternyata helium mungkin dapat membantu dalam pemantauan gunung berapi di masa depan.

Sebelum kita terlalu jauh, mari kita membuat satu perkara yang sangat jelas: pelepasan helium di Yellowstone tidak semestinya mencetuskan letusan dalam kerja-kerja. Biarkan tenggelam masuk.

Walau bagaimanapun, helium, dan terutamanya nisbah antara isotop dua helium secara alamiah ( 3 He dan 4 He), dapat memberitahu kita tentang sumber helium. Di dalam Bumi, helium boleh datang dari dua sumber utama: (1) mantel, di mana ia adalah helium primordial dari pembentukan planet dan (2) kerak, di mana ia berasal dari kerosakan radioaktif elemen seperti uranium dan thorium. Walau bagaimanapun, dua sumber helium ini mempunyai rasa yang berbeza. Helium primordial yang berasal dari Mantle dikuasai oleh 3 He yang lebih ringan (2 proton, 1 neutron) manakala pereputan unsur-unsur dalam kerak akan menghasilkan 4 He yang lebih berat (2 proton, 2 neutron, juga dikenali sebagai zarah alfa, salah satu cara-cara mereput radioaktif).

Ini bermakna apabila anda mengukur nisbah isotop helium yang dilepaskan dalam tanah, mata air panas, telaga atau fumarol, anda boleh menentukan berapa banyak helium yang diperoleh dari salah satu degassing magma yang datang dari mantel atau dari peluruhan radioaktif uranium dan torium di kerak. Jika 3 He / 4 He tinggi, maka sumber mantle menguasai. Sekiranya 3He / 4He rendah, maka sumber kerak mendominasi. Apabila kita bercakap tentang nisbah ini, biasanya kita membandingkannya dengan nisbah 3 He / 4 He di atmosfera (dipanggil R A, iaitu ~ 0.000001384), jadi jika nisbah helium cenderung dilaporkan berganda R A. Untuk sumber mantel, itu seperti 16R A atau lebih dan untuk lebih banyak sumber-sumber kerak, ia adalah 1-3R A.

Dua kajian baru-baru ini melihat pelepasan helium di kawasan gunung berapi aktif. Yang pertama adalah melihat peristiwa-peristiwa yang membawa kepada letusan 12 Oktober 2011 di El Hierro di Kepulauan Canary. Satu kajian oleh Padrón dan lain-lain (2013) dalam Geologi mengkaji hubungan antara pelepasan helium diukur di tanah di seluruh pulau dan 3 Dia / 4 Dia di dalam air dari sebuah sumur di pulau itu. Apa yang mereka dapati ialah apabila gempa bumi bertambah pada musim panas pada awal musim gugur, begitu juga pelepasan helium di pulau itu, dari 9 kg / hari menjadi lebih dari 24 kg / hari sebelum letusan. Selaras dengan itu, 3 He / 4 Dia juga meningkat, dari 2-3R A ke lebih 8R A. Padrón dan lain-lain (2013) mencadangkan bahawa gempa bumi membantu membuat fraktur untuk helium untuk melarikan diri (seperti proses "fracking semula jadi") sebagai magma meningkat dan degassing di bawah pulau itu. Walau bagaimanapun, tandatangan helium kerak (rendah RA) juga ditenggelami oleh tandatangan helium mantle (tinggi R A ) dari magma. Oleh itu, lebih dekat dengan magma ke permukaan, lebih banyak helium dibebaskan dan semakin tinggi 3 He / 4 Dia menjadi.

Walau bagaimanapun, ia tidak begitu mudah. Selepas letusan pada awal Oktober, pelepasan helium berkurang dengan penurunan seismicity. Apabila seismicity dipilih semula pada akhir bulan Oktober / awal November, pelepasan helium kembali lagi.

tetapi nisbah 3 He / 4 He tidak. Sebaliknya, ia tinggal di bawah 5R A, menunjukkan bahawa helium berasal dari kerak yang membentuk pulau itu, bukan magma yang berasal dari mantel. Gempa bumi baru di bahagian utara pulau itu mencipta keretakan untuk helium untuk melarikan diri, tetapi helium itu tidak berkaitan sepenuhnya dengan magma baru. Malah, pelepasan helium keseluruhannya mencapai puncak pada 38 kg / hari dengan baik selepas letusan awal bermula, manakala 3 He / 4 Ia memuncak dengan letusan itu sendiri. Secara keseluruhan, pelepasan helium nampaknya mengesan dengan sangat seismicity (lihat di atas), manakala 3He / 4He mengesan dengan kenaikan magma ke dalam kerak sehingga letusan. Rising 3 He / 4 Dia berkaitan dengan seismicity juga telah diperhatikan di Gunung Mammoth dekat Long Valley di California, yang ditafsirkan sebagai bukti yang bergerak magma dalam kerak memacu gerombolan gempa bumi.

Di Yellowstone, helium menceritakan kisah yang berbeza. Satu kajian di Alam oleh Lowenstern dan lain-lain (2014) mengkaji helium yang besar yang dilepaskan di dalam dan sekitar kaldera Yellowstone. Apa yang mereka dapati terdapat kawasan pelepasan helium yang paling produktif, seperti Heart Lake Geyser Basin di margin selatan kaldera, sebenarnya adalah terutamanya melepaskan helium yang berasal dari kerak, tidak ada magma di bawah Yellowstone. Jika anda melihat Yellowstone, nisbah tertinggi 3 He / 4 dia berada di tengah-tengah kaldera (lihat di bawah), dengan ~ 10-17R A (relatif dekat dengan komposisi hotspot mantel yang diandaikan ~ 22R A ). Di Heart Lake Geyser Basin, 3 He / 4 He is <2.5R A, sangat dikawal dengan sangat kuat oleh sumber-sumber kerak.

Lowenstern dan lain-lain (2014) mengira berapa banyak 4 Dia kerak di bawah Yellowstone boleh dihasilkan berdasarkan kandungan uranium dan thorium dan mendapati bahawa kawasan Yellowstone melepaskan hampir 600 kali lebih 4He daripada yang perlu berdasarkan pelepasan uranium dan torium. Ini bererti bahawa ia dibebaskan helium yang telah terperangkap di kerak untuk berjuta-juta hingga berbilion tahun - dan sebahagian dari Yellowstone duduk di atas kerak yang lebih dari 3 bilion tahun. Helium ini di Yellowstone sama sekali tidak berkaitan dengan magma di bawah kaldera, tetapi mungkin dibebaskan dari kerak oleh gempa bumi dan pemanasan kerak yang dilakukan oleh magma (seperti apa yang berlaku di El Hierro).

Anda boleh mula melihat masalah yang ada sekarang dengan menggunakan helium untuk pengawasan gunung berapi. Jumlah helium yang dilepaskan tidak memberitahu kami banyak, kerana helium dari mana-mana rasa mungkin dibebaskan oleh gempa bumi di bawah gunung berapi. Kita perlu mengetahui nisbah 3He / 4He helium tersebut untuk memahami sama ada perubahan dalam pelepasan sebenarnya berkaitan dengan magma. Jadi, kenapa masalah itu? Nah, tidak ada cara mudah untuk mengukur 3 Dia / 4 Rasio beliau di lapangan. Sebaliknya sampel perlu dibawa kembali ke makmal untuk dianalisis, jadi semakin pantas (dan murah) 3 He / 4 Rasio-rasio beliau tidak mungkin sekarang. Jika anda hanya menganggap jumlah helium yang dilepaskan di gunung berapi, anda hanya mendapatkan sekeping gambar penuh. Bayangkan awak melihat banjir yang turun di jalan anda. Ia boleh datang dari hujan lebat yang berlaku, atau ia boleh dari air patah utama di jalan. Hanya mengukur berapa banyak air yang sedang berjalan ke longkang itu tidak akan mencukupi untuk memberitahu sumbernya.

Kedua-dua kajian ini jelas menunjukkan bahawa kita boleh belajar banyak daripada mengukur pelepasan helium dan komposisi isotopnya. Di El Hierro, jelas terdapat sambungan pada masa-masa antara pelepasan helium dan komposisi helium itu (mantle versus crust source), sementara di Yellowstone, ada jumlah besar helium tersimpan di kerak yang dapat dibebaskan dengan proses yang tidak berkaitan dengan apa-apa yang boleh menyebabkan letusan. Langkah demi langkah, kami bergerak ke arah yang lebih baik untuk dapat mengantisipasi tindakan di gunung berapi, tetapi kadang-kadang anda perlu berhati-hati untuk tidak terbawa-bawa tanpa memahami dengan tepat apa yang sedang berlaku (saya termasuk).

Rujukan

  • Lowenstern, JB, Evans, WC, Bergfeld, D., dan Hunt, AG, 2014, Menghapuskan satu bilion tahun helium radiogenik terkumpul di Yellowstone Nature, v. 506, no. 7488, ms. 355-358, doi: 10.1038 / nature12992.
  • Padrón, E., Perez, NM, Hernandez, PA, Sumino, H., Melian, GV, Barrancos, J., Nolasco, D., Padilla, G., Dionis, S., Rodriguez, F., Hernandez, I ., Calvo, D., Peraza, MD, dan Nagao, K., 2013, pelepasan helium Diffusive sebagai tanda pendahuluan kerusuhan gunung berapi: Geologi, ms 41, no. 5, ms. 539-542, doi: 10.1130 / G34027.1.


Artikel Yang Menarik

Kredit: Albozagros Genetik dan sejarah Tibet sangat menarik bagi kebanyakan orang. Sejujurnya, sebab utama di sini ialah ketinggian. Dataran Tibet telah berkhidmat sebagai sebuah kubu bagi penduduk yang telah menyesuaikan diri secara biologi dan kultur kepada keadaan yang melampau. Secara semulajadi, ini bermakna terdapat genetik populasinya yang saksama di Tibet, kerana hipoksia adalah kesan sampingan hidup ketinggian yang tinggi yang memberi impak secara dramatik

Ia Bukan Haba, Ia adalah Kelembapan: Elektrik Dari Udara

Ia Bukan Haba, Ia adalah Kelembapan: Elektrik Dari Udara

Siapa yang memerlukan Encik Fusion jika anda boleh menarik tenaga langsung dari udara? Satu pasukan saintis dari University of Campinas di Brazil berusaha mencari jalan keluar dari udara dalam kelembapan yang tinggi, pergi jauh untuk menerangkan asal-usul kilat, dan menawarkan janji kuasa yang boleh diperbaharui untuk San Francisco dan New England, di mana kelembapan berlimpah dan cahaya matahari, tidak begitu banyak

Dye Fluorescent untuk Tumor Kini Diuji di Orang

Dye Fluorescent untuk Tumor Kini Diuji di Orang

Racun dari salah satu spesies paling berbahaya di dunia, kalajengking kematian penjahat Israel, dapat menyelamatkan nyawa pesakit kanser. Molekul pengesan kanser yang terdapat dalam racun, apabila dipadankan dengan pewarna bercahaya, menyediakan saintis cara baru untuk melihat tumor semasa pembedahan

Evolution Ulasan The Tangled Bank:  "Radical "

Evolution Ulasan The Tangled Bank: "Radical "

Bank Tangled mendapat ulasan tiga muka dalam terbitan terbaru Evolution , jurnal utama dunia mengenai biologi evolusi. Pengulas, Judith Bronstein dan Peter Reinthal dari University of Arizona, mempunyai perkara yang sangat baik untuk dikatakan. Berikut adalah beberapa petikan yang membuatkan saya tersenyum: Setiap bab berbunyi lebih seperti naratif yang menarik atau artikel akhbar tingkat pertama daripada sebagai buku teks (secara klasik, agak kering)

Stimulasi adalah penting

Stimulasi adalah penting

Hari kedua Persidangan Biologi Pemuliharaan Persatuan. Walaupun saya suka perkara ini, saya mengakui ada masa saya duduk dalam ceramah dan mata saya berat dengan kebosanan. Ini fenomena yang sama berlaku di pejabat kongres selama taklimat panjang yang membosankan ketika kita orang-orang dipinjam dan dirangsang

California Mengumumkan Pelan Ambisi untuk Memotong Gas Rumah Kaca

California Mengumumkan Pelan Ambisi untuk Memotong Gas Rumah Kaca

Beberapa minggu selepas Senat AS gagal meluluskan satu set peraturan untuk melambatkan pemanasan global, keadaan California menunjuk jalan ke hadapan. Pengawal udara California hari ini mengumumkan pelan berani untuk mengurangkan pelepasan gas rumah hijau yang akan mengubah cara utiliti menjana elektrik, pembuat kereta membina kereta dan pemaju membina bangunan, dan melancarkan pasaran luas negara dalam perdagangan kredit karbon