堆積物の手がかりにより、イエローストーン湖は過去13,000年にわたって熱水爆発を経験したことが判明

Dec 25, 2023

イエローストーン湖の下の地質は、湖がカルデラ内にある場所では溶岩流によって形成されており、カルデラの外側にある湖の南半分では氷河やその他のプロセスによって形成されています。 (ニール・ハーバート/国立公園局)

北部と西部のイエローストーン湖は、イエローストーンの超火山とも呼ばれるイエローストーン カルデラ内にあり、地表の下深くマグマだまりを覆っています。

その結果、非常に高い熱流値を持つ非常に活発な湖底熱水地域、複数の大きな（直径 330 フィート以上）熱水爆発クレーター、数十の熱水ドーム、湖底に数百の活動中および不活動の温泉噴出孔が形成されます。 湖底の熱水変質した泥は、湖底の下を循環している流体の種類と、これらの流体が湖の堆積物の化学的変質を引き起こす条件に関する情報を提供します。

イエローストーン湖とその周辺から収集された堆積物コアを調査した最近の研究は、イエローストーン湖の熱水爆発のダイナミクス、ならびに湖底の温泉の種類、特徴的な熱水変質、熱水爆発の規模の関係についての新たな洞察を提供しています。 。

湖底の熱水系は、いくつかの重要な点で陸上に露出しているものとは異なります。

温泉は深部から上昇し、珪藻（非晶質シリカ-SiO2 の細胞壁を持つ単細胞藻類）と川によって湖に運ばれる細粒の堆積物（ほとんどが岩石）で構成される堆積物を通って湖底に噴出します。黒曜石を含む破片、石英や長石の鉱物粒子など）。 珪藻は温泉の液体と相互作用し、一般に、一部が溶解している一方で、他のミネラルが熱水との反応によって形成された証拠を示します。 結果として生じる熱水変質鉱物学は、変質を行った熱水流体の種類に応じて異なります。

イエローストーン湖では、主に 2 種類の熱水噴出流体が知られています。中性からアルカリ性 (非酸性) の水を放出する液体温泉はアルカリ塩化物流体と呼ばれますが、蒸気主体の温泉は酸性でガス状で、次のようなものがあります。水蒸気、二酸化炭素、硫化水素。

アルカリ性塩化物液体には、塩化物やシリカなどの溶解化学物質が大量に含まれています。 これらは、オールド フェイスフルやグランド プリズマティック スプリングなど、陸上の象徴的な地物に栄養を与える熱水流体に似ています。 蒸気主体の流体はかなりの熱を運びますが、溶解した化学物質は運びません。 これら 2 種類の流体が堆積物を通って湖底に上昇するとき、それらが堆積物に引き起こす変化はまったく異なります。 蒸気が主体の流体は珪藻を溶解し、堆積物を粘土鉱物、特にカオリナイトやベーマイトと呼ばれる酸化アルミニウム鉱物に変化させます。 アルカリ性塩化物流体も珪藻を溶解しますが、最終的には石英やカルセドニーとしてシリカを堆積させ、スメクタイトや緑泥石などの粘土鉱物を生成しますが、カオリナイトやベーマイトは生成しません。

したがって、たとえ熱水活動がずっと前に停止したとしても、湖底のさまざまな種類の熱水系は、それらを区別できる鉱物の痕跡を残しています。

爆発前の熱水系で変化した堆積物の研究は、過去に存在していた流体の種類に遡って関連付けることができるため、これは重要です。

湖の堆積物の最近の研究では、約 160 年から 13,000 年前に遡る複数の熱水爆発堆積物が発見されました。

2 つの最大かつ最も広範な堆積物は、8,000 年前のエリオット クレーターと 13,000 年前のメアリー ベイの爆発に関連しています。 これらは、関連する湖の堆積物で見つかった変質鉱物学に基づいたアルカリ塩化物熱水系から形成され、シリカ、スメクタイト、緑泥石が含まれますが、カオリナイトは含まれません。

他の爆発堆積物は、より新しく、薄く、それほど広範囲ではなく、カオリナイトを含んでおり、蒸気が支配的な熱水系に関連していることを示しています。

熱水爆発のエネルギー収支に関する実験室研究では、流体の種類が異なれば、爆発の強度も異なることが示されています。 エリオット クレーターとメアリー ベイ システム内で液体から蒸気にフラッシュするアルカリ塩化物流体は、地球上で知られている最大の 2 つの熱水爆発クレーターと堆積物を生成しました。 イエローストーン湖の蒸気が主体のシステムは、蒸気相の単純な膨張によって爆発しますが、放出されるエネルギーは液体から蒸気への爆発よりも約 10 分の 1 であり、そのため生成される堆積物の量も量も少なく、広範囲にわたる堆積物も生成されません。

イエローストーン湖の地下および周囲の熱水系からの大規模な爆発の記録はありません。 しかし、これらの爆発に関連して変化した堆積物の証拠となる鉱物学のおかげで、私たちは爆発が起こった条件を知っています。これはイエローストーンのこの過小評価されている地質学的危険を理解するための重要な情報です。

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アイダホ州首都パット・シャンクス著 2022年8月10日日曜日

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WC パット シャンクスは、米国地質調査所、イエローストーン火山天文台の名誉研究地球化学者です。 彼は、熱水溶液の進化、母岩の熱水変質、鉱物堆積物の堆積を理解するために、流体地球化学分析、地球化学反応モデリング、安定同位体研究、鉱物学/化学研究を使用しています。

リサ・モーガンは、米国地質調査所の名誉科学者であり、元上級研究地質学者です。 彼女の焦点は火山地形の地質学と地球物理学です。 彼女はイエローストーンのホットスポットとイエローストーン湖を20年以上研究してきました。