• Monday June 17,2019

Apa Helium Boleh Beritahu Kami Mengenai Gunung Berapi

Anonim

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

76. Fosil Digital Membawa Dinos Kehidupan

76. Fosil Digital Membawa Dinos Kehidupan

Pengimbas laser 3-D menganalisis humerus fosil dinosaur Paralititan . Universiti Courtesy Drexel Paleontologi yang hebat seperti Pegomastax boleh diabaikan kerana fosil sangat rumit dan memakan masa untuk belajar. Tahun lepas, sebuah pasukan Universiti Drexel yang diketuai oleh Ken Lacovara mula mengusahakan penyelesaian

Cadangan Sederhana: Bagaimana Menghentikan Penuaan Semuanya

Cadangan Sederhana: Bagaimana Menghentikan Penuaan Semuanya

Dari Ending Aging oleh Aubrey de Grey dan Michael Rae. Hak Cipta © 2007 oleh penulis dan dicetak semula dengan kebenaran St Martin's Press, LLC. Aubrey de Grey adalah ketua sains sains Foundation SENS. Imej: Jabatan Tenaga Manusia AS Program Genom Pada pandangan saya, kita mungkin boleh menghapuskan penuaan sebagai punca kematian abad ini-dan mungkin dalam beberapa dekad sahaja, tidak lama lagi cukup untuk memberi manfaat kepada kebanyakan orang yang kini hidup.

Bolehkah Engineer Mencapai Grail Tenaga Kudus: Infinite dan Bersih?

Bolehkah Engineer Mencapai Grail Tenaga Kudus: Infinite dan Bersih?

Keberanian ITER, reaktor fusion perintis; termasuk elektromagnet besar-besaran yang diperlukan untuk memegang bahan api hidrogen 200 juta darjah. Dalam reaksi gabungan asas, atom hidrogen bertabrakan, menghasilkan helium dan melepaskan tenaga. Membuat kerja tindak balas memerlukan pemanasan atom kepada puluhan atau ratusan atau jutaan darjah Fahrenheit

Alkitab memberitahu anda untuk mengelakkan rumus setan

Alkitab memberitahu anda untuk mengelakkan rumus setan

Beberapa mata pantas pada siaran di bawah. Ketika datang ke beberapa postingan sains alam semulajadi di weblog ini, saya sering melakukan banyak usaha. Sebaliknya, apabila saya membentangkan beberapa data sains sosial kuantitatif, ia semua pendahuluan dan penerokaan. Saya berhenti menyampaikan regresi beberapa saat kerana terlalu banyak masa untuk melakukannya dengan betul, kerana ia sangat mudah untuk memanipulasi pembolehubah ke dalam konfigurasi yang sesuai dengan nilai p-nilai, walaupun secara tidak sedar

Selebriti Mana Adakah Pekerjaan Memukul Ilmiah Tanpa Ilmiah?  Ketahui Di Sini

Selebriti Mana Adakah Pekerjaan Memukul Ilmiah Tanpa Ilmiah? Ketahui Di Sini

Setiap tahun, kumpulan Sense About Science meletakkan senarai beberapa kesilapan yang paling luar biasa yang dibuat dalam sains dan perubatan dalam tempoh 12 bulan yang lalu. Tetapi mereka tidak membicarakan kesilapan pakar bedah atau kesilapan penyelidikan pekerja makmal; Sebaliknya, SAS memberi tumpuan kepada selebriti yang mengamalkan diet fad dan remedi penyembuhan palsu, dan kemudian menyebarkan karut di seluruh dunia

WATCH: Tropika Cyclone Marcus meradang melalui Lautan Hindi, seperti yang dilihat dalam video satelit yang indah ini

WATCH: Tropika Cyclone Marcus meradang melalui Lautan Hindi, seperti yang dilihat dalam video satelit yang indah ini

Marcus adalah ribut terkuat di dunia pada 2018 Selepas menguatkan ribuan Kategori pertama tahun ini, Taufan Tropika Marcus telah lemah. Pada masa yang paling kuat, badai itu mencapai angin maksimum maksimum 185 batu sejam ketika berputar di pantai barat laut Australia pada hari Rabu. Seperti yang saya tulis pada hari Khamis (Jumaat pagi di Australia), Marcus telah menetap hingga 120 mph, menurut Biro Meteorologi Australia