Old Faithful é o marco mais famoso do Parque Nacional de Yellowstone. Milhões de visitantes vêm ao parque todos os anos para ver o gêiser entrar em erupção a cada 44-125 minutos. Mas apesar da fama do Old Faithful, relativamente pouco se sabia sobre a anatomia geológica da estrutura e as vias de fluido que alimentam o gêiser abaixo da superfície. Até agora.

Cientistas da Universidade de Utah mapearam a geologia próxima à superfície em torno de Old Faithful, revelando o reservatório de água aquecida que alimenta a ventilação da superfície do gêiser e como o tremor do solo se comporta entre as erupções. O mapa foi possibilitado por uma densa rede de sismógrafos portáteis e por novas técnicas de análise sísmica. Os resultados são publicados em Cartas de pesquisa geofísica . O doutorando Sin-Mei Wu é o primeiro autor.

Para Robert Smith, um pesquisador de longa data do Yellowstone e distinto professor pesquisador de geologia e geofísica, o estudo é o culminar de mais de uma década de planejamento e ocorre quando ele celebra seu 60º ano de trabalho no primeiro parque nacional da América.

"Aqui está o icônico gêiser de Yellowstone, "Smith diz." É conhecido em todo o mundo, mas o encanamento geológico completo da Upper Geyser Basin de Yellowstone não foi mapeado, nem estudamos como o momento das erupções está relacionado aos tremores terrestres precursores antes das erupções. "

Sismômetros pequenos

Old Faithful é um exemplo icônico de um recurso hidrotérmico, e particularmente das características do Parque Nacional de Yellowstone, que é sustentado por dois reservatórios de magma ativos em profundidades de 5 a 40 km de profundidade que fornecem calor às águas subterrâneas próximas à superfície. Em alguns lugares de Yellowstone, a água quente se manifesta em piscinas e nascentes. Em outros, ele assume a forma de gêiseres explosivos.

Dezenas de estruturas cercam Old Faithful, incluindo hotéis, uma loja de presentes e um centro de visitantes. Alguns desses edifícios, o Serviço de Parques encontrou, são construídos sobre recursos térmicos que resultam em calor excessivo abaixo do ambiente construído. Como parte de seu plano para administrar a área de Old Faithful, o Park Service pediu aos cientistas da Universidade de Utah que conduzissem um levantamento geológico da área ao redor do gêiser.

Por anos, co-autores do estudo Jamie Farrell e Fan-Chi Lin, junto com Smith, trabalharam para caracterizar os reservatórios de magma nas profundezas de Yellowstone. Embora os geólogos possam usar dados sísmicos de grandes terremotos para ver características profundas na terra, a geologia superficial do parque permanece um mistério, porque o mapeamento exigiria a captura do movimento do solo em miniatura do dia a dia e da energia sísmica em uma escala muito menor. “Tentamos usar a agitação contínua do solo produzida por humanos, carros, vento, água e ebulições hidrotermais de Yellowstone e convertê-los em nosso sinal, "Lin diz." Podemos extrair um sinal útil da vibração do solo de fundo do ambiente. "

A data, a Universidade de Utah instalou 30 sismômetros permanentes ao redor do parque para registrar tremores de solo e monitorar terremotos e eventos vulcânicos. O custo desses sismômetros, Contudo, pode facilmente ultrapassar US $ 10, 000. Sismômetros pequenos, desenvolvido pela Fairfield Nodal para a indústria de petróleo e gás, reduza o custo para menos de $ 2, 000 por unidade. Eles são pequenos recipientes brancos com cerca de 15 centímetros de altura e são totalmente autônomos e independentes. "Você apenas tira e enfia no chão, "Smith diz.

Em 2015, com os novos instrumentos, a equipe de Utah implantou 133 sismômetros nas áreas de Old Faithful e Geyser Hill para uma campanha de duas semanas.

Os sensores detectaram rajadas de tremores sísmicos intensos em torno do Old Faithful, cerca de 60 minutos de duração, separados por cerca de 30 minutos de silêncio. Quando Farrell apresenta esses padrões, ele freqüentemente pergunta ao público em que ponto eles acham que a erupção do Old Faithful ocorreu. Surpreendentemente, não está no auge do tremor. É no final, pouco antes de tudo ficar quieto novamente.

Depois de uma erupção, o reservatório do gêiser se enche novamente com água quente, Farrell explica. "À medida que essa cavidade se enche, você tem muitas bolhas pressurizadas quentes, "ele diz." Quando eles sobem, eles esfriam muito rapidamente e entram em colapso e implodem. "A energia liberada por essas implosões causa os tremores que levam à erupção.

O ruído de um cientista é o sinal de outro cientista

Tipicamente, os pesquisadores criam um sinal sísmico balançando um martelo em uma placa de metal no chão. Lin e Wu desenvolveram as ferramentas computacionais que ajudariam a encontrar sinais úteis entre o ruído sísmico sem perturbar o ambiente sensível na Bacia de Gêiseres Superior. Wu diz que conseguiu usar os próprios recursos hidrotérmicos como fonte sísmica, para estudar como a energia sísmica se propaga correlacionando sinais registrados no sensor perto de uma fonte persistente para outros sensores. "É incrível que você possa usar a fonte hidrotérmica para observar a estrutura aqui, " ela diz.

Ao analisar dados dos sensores sísmicos, os pesquisadores notaram que os sinais de tremor da Old Faithful não estavam alcançando o calçadão oeste. As ondas sísmicas extraídas de outra feição hidrotérmica no norte diminuíram e se espalharam significativamente em quase a mesma área, sugerindo que em algum lugar a oeste de Old Faithful havia uma feição subterrânea que afeta as ondas sísmicas de forma anômala. Com uma densa rede de sismômetros, a equipe pode determinar a forma, Tamanho, e a localização do recurso, que eles acreditam ser o reservatório hidrotermal do Old Faithful.

Wu estima que o reservatório, uma rede de rachaduras e fraturas através das quais a água flui, tem um diâmetro de cerca de 200 metros, um pouco maior do que o Rice-Eccles Stadium da Universidade de Utah, e pode conter aproximadamente 300, 000 metros cúbicos de água, ou mais de 79 milhões de galões. Por comparação, cada erupção do Old Faithful libera cerca de 30 m ³ de água, ou quase 8, 000 galões. "Embora seja uma estimativa grosseira, ficamos surpresos que fosse tão grande, "Wu disse.

Trabalho posterior

A equipe está longe de responder às perguntas sobre o Yellowstone. Eles voltaram para outra pesquisa sísmica em novembro de 2016 e estão planejando sua implantação em 2017, para começar depois que as estradas do parque fechem para o inverno. Wu está analisando como a temperatura do ar pode alterar a estrutura do subsolo e afetar a propagação das ondas sísmicas. Farrell está usando os dados sísmicos da equipe para prever como as ondas do terremoto podem reverberar na região. Smith está ansioso para realizar análises semelhantes na Norris Geyser Basin, a área geotérmica mais quente do parque. Lin diz que o programa de pesquisa da Universidade de Utah em Yellowstone deve muito ao relacionamento de décadas de Smith com o parque, permitindo novas descobertas. "Você precisa de novas técnicas, "Lin diz, "mas também aqueles relacionamentos de longo prazo."