Lo qué Helium puede contarnos sobre los volcanes

Columbia Springs en ​​el corazón del lago Geyser Basin, en el borde sur de la caldera de Yellowstone. Algunas de las mayores cantidades de helio son liberados en la cuenca. Imagen: Greg Willis / Flickr

Columbia Springs en ​​el corazón del lago Geyser Basin, en el borde sur de la caldera de Yellowstone. Algunas de las mayores cantidades de helio son liberados en la cuenca. Imagen: Greg Willis / Flickr

Después del terremoto considerable de Yellowstone, el 30 de marzo, hubo un montón de locura . La gente estaba lanzando alrededor de las teorías de que los animales se ejecutan desde el parque en el miedo, que el terremoto podría provocar una erupción y que las emisiones de helio se elevaban en la caldera, lo que significa una erupción que se avecinaba. Ahora, en mi fervor para sofocar tales difusión del miedo, le dije que no, que ninguno de estos eventos son de ninguna manera relacionada con un potencial próxima erupción en Yellowstone. Bueno, recibí un correo electrónico del Dr. Jacob Lowenstern, el cargo por el científico-en-el Observatorio Vulcanológico de Yellowstone , que me trajo de vuelta de dejarse llevar porque uno de los tres en realidad nos puede decir acerca de la actividad en la caldera. No, No fueron los animalesque sólo están migrando – y no, el terremoto no va a desencadenar una erupción (cubrí que la semana pasada). Sin embargo, hay una historia interesante en lo que respecta a helio y actividad magmática – y resulta que el helio podría ser capaz de ayudar en la vigilancia volcánica en el futuro.

Antes de llegar demasiado lejos, vamos a hacer una cosa en claro: las emisiones de helio en Yellowstone , de ninguna manera sugieren una erupción está en los trabajos . Deje que se hunden pulg

Sin embargo, el helio , y sobre todo la relación entre dos isótopos de origen natural de helio ( 3 He y 4He), pueden decirnos sobre el origen del helio. En la Tierra, el helio puede provenir de dos fuentes principales: (1) el manto, donde es helio primordial de la formación del planeta y (2) la corteza, de donde viene la desintegración radiactiva de elementos como el uranio y el torio. Estas dos fuentes de helio, sin embargo, tienen diferentes sabores. Helio primordial derivado-Manto está dominado por el más ligero 3 El (2 protones, neutrones 1) mientras que la desintegración de elementos en la corteza producirá el más pesado 4 Él (2 protones, neutrones 2, también conocido como una partícula alfa, uno de los formas en elementos decaen radiactivamente).

Esto significa que cuando se mide la relación isotópica del helio de ser liberado en los suelos, aguas termales, pozos o fumarolas, se puede determinar la cantidad de helio que se está derivado de uno de desgasificación del magma procedente del manto o de la desintegración radiactiva del uranio y torio en la corteza. Si el 3 Él / 4 Él es alto, entonces la fuente del manto está dominando. Si el 3He/4He es baja, entonces la fuente de la corteza está dominando. Cuando hablamos de estas relaciones, por lo general los comparamos con el 3 Él / 4 relación de Él en la atmósfera (llamada R A , que es ~ 0.000001384), así que si las proporciones de helio tienden a ser informado de un múltiplo de R A .Para las fuentes del manto, que es algo así como 16R Una o más y más fuentes de la corteza, que es 1-3R A .

Dos estudios recientes observaron emisiones de helio en zonas volcánicas activas. El primero está buscando en los acontecimientos que conducen a la erupción de 12 de octubre 2011 en El Hierro , en las Islas Canarias. Un estudio de Padrón y otros (2013) en Geología examinó la relación entre las emisiones de helio medidos en los suelos de toda la isla y 3 El / 4 Él en el agua de un pozo en la isla.Lo que encontraron es que, como los terremotos aumentando a finales de verano a principios del otoño, también lo hicieron las emisiones de helio en toda la isla, desde 9 kg / día a más de 24 kg / día, justo antes de la erupción. De la mano con eso, el 3 Él / 4 Él también aumentó, de 2-3R A a más 8R A .Padrón y otros (2013) sugieren que los terremotos ayudó a crear fracturas para el helio para escapar (como un proceso natural “fracking”) como el magma se levantó y desgasificación bajo la isla. Sin embargo, la firma de helio de la corteza terrestre (bajo RA) también se vio abrumado por la firma de helio del manto (alta R A ) del magma. Por lo tanto, cuanto más cerca del magma llegó a la superficie, más de helio fue liberado y el más alto es el 3 Él / 4 Se convirtió.

Sismicidad (gris), las emisiones de helio (línea azul) y Él isotópica composición (línea roja) para El Hierro durante los meses previos a la erupción y el pasado en octubre de 2011 Imagen: Padrón y otros (2013)

Sismicidad (gris), las emisiones de helio (línea azul) y Él isotópica composición (línea roja) para El Hierro durante los meses previos a la erupción y el pasado en octubre de 2011 Imagen: Padrón y otros (2013)

Sin embargo, no era tan sencillo. Después de la erupción a principios de octubre, las emisiones de helio disminuyeron con la sismicidad decreciente. Cuando sismicidad recogió una copia de seguridad a finales de octubre / principios de noviembre, las emisiones de helio volvieron de nuevo … pero el 3 Él /4 Relación Él no lo hizo. En lugar de ello, se mantuvo por debajo de 5R A , lo que sugiere que el helio era procedente de la corteza que conforma la isla, no magma derivado del manto. Los nuevos terremotos en la parte norte de la isla crean grietas para el helio para escapar, pero que el helio no era del todo relacionados con las nuevas magma. De hecho, las emisiones de helio alcanzaron un máximo global a los 38 kg / día y después de que comenzara la erupción inicial, mientras que 3 El / 4Él alcanzó su punto máximo con la propia erupción. En general, las emisiones de helio parecen hacer un seguimiento muy de cerca con la cantidad de sismicidad (véase más arriba), mientras que el 3He/4He rastreó con la salida del magma en la corteza hasta la erupción. Rising 3 El / 4 Se relaciona con la sismicidad también se ha notado en Mammoth Mountain cerca de Long Valley, en California , que se interpreta como la evidencia de que el magma se mueve lo profundo de la corteza está impulsando los enjambres de terremotos.

En Yellowstone, helio cuenta una historia diferente. Un estudio realizado en la Naturaleza porLowenstern y otros (2014) examinó el helio voluminosa que se libera dentro y alrededor de la caldera de Yellowstone . Lo que encontraron allí es las áreas más productivas de las emisiones de helio, como el corazón de la Cuenca del géiser del lago en el margen sur de la caldera, son en realidad la liberación de helio principalmente derivado de la corteza, no ninguna de magma debajo de Yellowstone. Si nos fijamos en Yellowstone, el más alto 3 El / 4 ratios de Él están en el corazón de la caldera (véase más adelante), con ~ 10-17R A (relativamente cerca de la composición hotspot manto supuesta de ~ 22R A ). At Heart Lake Geyser Basin, el 3 Él / 4 Él es <2,5 R A , con una fuerza enorme controlado por las fuentes de la corteza.

02

Helium composición isotópica de los gases de la muestra en la caldera de Yellowstone. Los valores más altos (más del manto-like) se encuentran en el centro de la caldera (grandes puntos rojos), mientras que los valores más bajos (más semejante a corteza) se encuentran en los bordes, como la cuenca del lago heart Geyser (abajo, pequeños puntos de color verde).Imagen: Lowenstern y otros (2014)

Lowenstern y otros (2014) calcularon la cantidad de 4Él la corteza debajo de Yellowstone podría produjo basado en el uranio y el torio, y encontraron que la zona de Yellowstone comunicados de casi 600 veces más de lo que debería 4He basados ​​en la desintegración del uranio y el torio. Esto significa que es probable que libera helio que ha sido atrapado en la corteza de millones a miles de millones de años – y partes de Yellowstone se sientan en la corteza que es más de 3 mil millones de años. Este helio a Yellowstone es de ninguna manera relacionada con el magma debajo de la caldera, pero es probable que haya sido liberado de la corteza por los terremotos y el calentamiento de la corteza terrestre realizado por el magma (muy parecido a lo que sucedió en El Hierro).

Usted puede comenzar a ver el problema que actualmente tiene con el uso de helio para el monitoreo volcánico. La cantidad de helio de ser liberado no nos dice mucho, ya que el helio de cualquier sabor puede ser liberada por los terremotos bajo un volcán. Tenemos que saber la razón de 3He/4He de que el helio para entender si los cambios en las emisiones son en realidad relacionados con magma. Así que, ¿por qué es esto un problema? Bueno, no es una manera fácil de medir 3 El / 4 ratios de Él en el campo. En cambio las muestras tienen que ser llevado de vuelta a un laboratorio para ser analizadas , por lo que llegar rápido (y barato) 3 El / 4 proporciones Él isn ‘ t posible en estos momentos. Si sólo se considera la cantidad de helio de ser liberado en el volcán, que está consiguiendo solamente una parte de la imagen completa. Imagínese que usted nota una inundación que baja por la calle. Podría venir de la lluvia que pasa, o podría ser a partir de una cañería de agua rota en la calle. Simplemente medir cuánta agua se está ejecutando en el canal no va a suficiente para decirle a la fuente.

Estos dos estudios muestran claramente que podemos aprender mucho de la medición de las emisiones de helio y su composición isotópica. En El Hierro, está claro que hay una desconexión a veces entre las emisiones de helio y la composición de que el helio (manto frente fuente de corteza), mientras que en Yellowstone, hay un importante volumen de helio almacenado en la corteza que se puede liberar por procesos ajenos a cualquier cosa que pudiera llevar a una erupción. Paso a paso, nos estamos moviendo hacia un mejor ser capaz de anticiparse a la acción en un volcán, pero a veces hay que tener cuidado de no dejarse llevar sin entender exactamente lo que está sucediendo (yo incluido).

Escriba una respuesta

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *

Contact Us