Old Faithful es el monumento más famoso del Parque Nacional Yellowstone. Millones de visitantes vienen al parque cada año para ver el géiser entrar en erupción cada 44-125 minutos. Pero a pesar de la fama de Old Faithful, Se sabía relativamente poco sobre la anatomía geológica de la estructura y las vías de fluido que alimentan el géiser debajo de la superficie. Hasta ahora.

Los científicos de la Universidad de Utah han cartografiado la geología cercana a la superficie alrededor de Old Faithful, revelando el depósito de agua caliente que alimenta el respiradero de la superficie del géiser y cómo se comporta el temblor del suelo entre erupciones. El mapa fue posible gracias a una densa red de sismógrafos portátiles y a las nuevas técnicas de análisis sísmico. Los resultados se publican en Cartas de investigación geofísica . El estudiante de doctorado Sin-Mei Wu es el primer autor.

Para Robert Smith, investigador de Yellowstone desde hace mucho tiempo y distinguido profesor de investigación de geología y geofísica, el estudio es la culminación de más de una década de planificación y se produce cuando celebra sus 60 años trabajando en el primer parque nacional de Estados Unidos.

"Aquí está el icónico géiser de Yellowstone, "Dice Smith." Es conocido en todo el mundo, pero la fontanería geológica completa de la cuenca superior del géiser de Yellowstone no se ha cartografiado ni hemos estudiado cómo se relaciona el momento de las erupciones con los temblores del suelo precursores antes de las erupciones ".

Pequeños sismómetros

Old Faithful es un ejemplo icónico de una característica hidrotermal, y particularmente de las características del Parque Nacional de Yellowstone, que está sustentada por dos depósitos de magma activos a profundidades de 5 a 40 km de profundidad que proporcionan calor a las aguas subterráneas cercanas a la superficie. En algunos lugares de Yellowstone, el agua caliente se manifiesta en estanques y manantiales. En otros, toma la forma de géiseres explosivos.

Docenas de estructuras rodean Old Faithful, incluidos los hoteles, una tienda de regalos y un centro de visitantes. Algunos de estos edificios, el Servicio de Parques ha encontrado, están construidos sobre características térmicas que dan como resultado un calor excesivo debajo del ambiente construido. Como parte de su plan para administrar el área Old Faithful, el Servicio de Parques pidió a los científicos de la Universidad de Utah que realizaran un estudio geológico del área alrededor del géiser.

Durante años, los coautores del estudio Jamie Farrell y Fan-Chi Lin, junto con Smith, han trabajado para caracterizar los depósitos de magma en las profundidades de Yellowstone. Aunque los geólogos pueden usar datos sísmicos de grandes terremotos para ver características en las profundidades de la tierra, la geología del subsuelo poco profundo del parque sigue siendo un misterio, porque mapearlo requeriría capturar el movimiento del suelo en miniatura y la energía sísmica en una escala mucho más pequeña. "Intentamos utilizar el movimiento continuo del suelo producido por humanos, carros, viento, agua y la ebullición hidrotermal de Yellowstone y convertirla en nuestra señal, ", Dice Lin." Podemos extraer una señal útil de la vibración del suelo de fondo ambiental ".

Hasta la fecha, la Universidad de Utah ha colocado 30 sismómetros permanentes alrededor del parque para registrar los temblores del suelo y monitorear terremotos y eventos volcánicos. El costo de estos sismómetros, sin embargo, puede superar fácilmente los $ 10, 000. Pequeños sismómetros, desarrollado por Fairfield Nodal para la industria del petróleo y el gas, reducir el costo a menos de $ 2, 000 por unidad. Son pequeños botes blancos de unas seis pulgadas de alto y son totalmente autónomos y autónomos. "Simplemente sácalo y pégalo en el suelo, "Dice Smith.

En 2015, con los nuevos instrumentos, el equipo de Utah desplegó 133 sismómetros en las áreas de Old Faithful y Geyser Hill para una campaña de dos semanas.

Los sensores captaron ráfagas de intensos temblores sísmicos alrededor de Old Faithful, unos 60 minutos de duración, separados por unos 30 minutos de silencio. Cuando Farrell presenta estos patrones, A menudo pregunta al público en qué punto creen que tiene lugar la erupción de Old Faithful. Asombrosamente, no está en la cima del temblor. Es al final justo antes de que todo vuelva a quedarse en silencio.

Después de una erupción el depósito del géiser se vuelve a llenar de agua caliente, Farrell explica. "A medida que esa cavidad se llena, tienes muchas burbujas calientes presurizadas, ", dice." Cuando aparezcan, se enfrían muy rápido y colapsan e implosionan ”. La energía liberada por esas implosiones causa los temblores que conducen a una erupción.

El ruido de un científico es la señal de otro científico

Típicamente, Los investigadores crean una señal sísmica balanceando un martillo sobre una placa de metal en el suelo. Lin y Wu desarrollaron las herramientas computacionales que ayudarían a encontrar señales útiles entre el ruido sísmico sin perturbar el entorno sensible en la cuenca superior del géiser. Wu dice que pudo usar las características hidrotermales en sí mismas como una fuente sísmica, estudiar cómo se propaga la energía sísmica correlacionando las señales registradas en el sensor cerca de una fuente persistente con otros sensores. "Es sorprendente que puedas usar la fuente hidrotermal para observar la estructura aquí, " ella dice.

Al analizar los datos de los sensores sísmicos, los investigadores notaron que las señales de temblor de Old Faithful no llegaban al malecón occidental. Las ondas sísmicas extraídas de otra característica hidrotermal en el norte se ralentizaron y se dispersaron significativamente en casi la misma área, lo que sugiere que en algún lugar al oeste de Old Faithful había una característica subterránea que afecta a las ondas sísmicas de manera anómala. Con una densa red de sismómetros, el equipo podría determinar la forma, Talla, y ubicación de la característica, que creen que es la reserva hidrotermal de Old Faithful.

Wu estima que el embalse, una red de grietas y fracturas por donde fluye el agua, tiene un diámetro de unos 200 metros, un poco más grande que el estadio Rice-Eccles de la Universidad de Utah, y puede contener aproximadamente 300, 000 metros cúbicos de agua, o más de 79 millones de galones. En comparación, cada erupción de Old Faithful libera alrededor de 30 m ³ de agua, o casi 8, 000 galones. "Aunque es una estimación aproximada, nos sorprendió que fuera tan grande, "Dice Wu.

Más trabajo

El equipo está lejos de terminar de responder preguntas sobre Yellowstone. Regresaron para otro levantamiento sísmico en noviembre de 2016 y están planeando su implementación en 2017, para comenzar después de que las carreteras del parque cierren durante el invierno. Wu está analizando cómo la temperatura del aire podría cambiar la estructura del subsuelo y afectar la propagación de las ondas sísmicas. Farrell está utilizando los datos sísmicos del equipo para predecir cómo las ondas sísmicas podrían reverberar en la región. Smith espera realizar un análisis similar en Norris Geyser Basin, la zona geotermal más caliente del parque. Lin dice que el programa de investigación de la Universidad de Utah en Yellowstone le debe mucho a las décadas de relación de Smith con el parque, posibilitando nuevos descubrimientos. "Necesitas nuevas técnicas, "Lin dice, "sino también esas relaciones a largo plazo".