Mặc dù có hơn một thế kỷ nghiên cứu kỹ lưỡng, hoạt động bên trong của Old Faithful và các mạch nước phun khác của Công viên Quốc gia Yellowstone vẫn còn là một bí ẩn.
Các nhà khoa học vẫn băm qua những điều cơ bản, chẳng hạn như cách nước và hơi nước gây áp lực dưới lòng đất trước khi một mạch nước phun trào. Bây giờ, một cái nhìn công nghệ cao về Lone Star Geyser, một trong những bong bóng đúng giờ nhất của công viên, cuối cùng cũng có thể giải quyết được một số câu đố lâu đời này. Nghiên cứu cũng có thể giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn và dự đoán các vụ phun trào núi lửa.
Shaul Hurwitz, đồng tác giả của nghiên cứu và nhà nghiên cứu thủy văn tại Cục khảo sát địa chất Hoa Kỳ tại Menlo Park, Calif cho biết: "Các tín hiệu chúng tôi ghi lại trong các mạch nước phun có thể đặt ra các ràng buộc tốt hơn đối với các nguồn tạo ra các tín hiệu đó trong núi lửa".
Núi lửa nhỏ
Geysers giống như những ngọn núi lửa thu nhỏ, với những cơn chấn động nhỏ cảnh báo những vụ nổ sắp tới và những chất lỏng nóng bỏng chết người phun ra trong không khí. Sự khác biệt lớn giữa hai là hệ thống ống nước - nước so với dung nham - và đúng giờ. Nhưng khả năng dự đoán của các mạch nước phun khiến chúng trở thành một giường thử nghiệm lý tưởng để tìm ra cách thức hoạt động của các vụ phun trào.
Vào năm 2010, Hurwitz đã lôi kéo hàng tá nhà địa chất học từ khắp nơi trên thế giới đến một thí nghiệm kéo dài một tuần tại Lone Star Geyser. Họ đã đo lưu lượng nước, chuyển động mặt đất, sóng địa chấn và sóng âm và ghi lại video hồng ngoại và tốc độ cao có thể nhìn thấy. Lone Star Geyser phun trào cứ sau ba giờ.
Các kết quả giúp giải thích các quá trình kiểm soát các tia nước và hơi nước duyên dáng của mạch nước phun, cũng như những gì xảy ra dưới lòng đất trước, trong và sau khi phun trào, các nhà nghiên cứu cho biết. Những phát hiện được công bố ngày 19 tháng 6 trên Tạp chí Nghiên cứu Địa vật lý: Trái đất rắn.
Bốn giai đoạn
Thí nghiệm cho thấy vụ phun trào của Lone Star có bốn giai đoạn riêng biệt, mỗi giai đoạn có một tín hiệu địa vật lý duy nhất, Hurwitz nói. Khi áp lực tích tụ dưới lòng đất, một giai đoạn "preplay", với các xung hơi nước và nước, báo hiệu sự bùng nổ sắp tới. Sau đó, vụ phun trào bắt đầu, với vòi phun nước và hơi nước ở tốc độ 36 đến 63 dặm / giờ (58 đến 101 km / giờ). Các nhà nghiên cứu đã theo dõi các hạt trong nước phun bằng máy ảnh tốc độ cao để tính toán tốc độ. Một giai đoạn hậu phun trào yên tĩnh diễn ra sau đó, kết thúc bằng một giai đoạn nạp lại trong khi quá trình hình nón của mạch nước phun.
Khoảng một nửa trong số 1.000 mạch nước phun được biết đến trên thế giới ở Yellowstone, đây là một khu vực núi lửa khổng lồ đã nhìn thấy ít nhất ba vụ phun trào khổng lồ, hình thành caldera trong quá khứ. Các mạch nước phun như Old Faithful và Lone Star thường được tìm thấy gần các núi lửa đang hoạt động gần đây, nơi magma có thể làm nóng nước ngầm. Chúng hình thành khi các điểm sặc ngăn nước và hơi nước bốc lên dưới lòng đất, bẫy các bong bóng cuối cùng phát nổ thành một vụ phun trào phun nước phun trào.
Cái gì dưới lòng đất
Tổng sản lượng nhiệt của Lone Star Geyser được tìm thấy là khoảng 1,4 megawatt, đủ năng lượng để cung cấp năng lượng cho 1.000 ngôi nhà trong một giờ. Nhưng nhiệt lượng lên tới dưới 0,1 phần trăm tổng sản lượng nhiệt từ toàn bộ caldera Yellowstone, Hurwitz nói. Điều này cho thấy phần lớn nhiệt lượng cố thoát ra bề mặt (từ magma sâu trong lớp vỏ) tỏa ra thông qua các đặc điểm địa nhiệt giải phóng hơi nước, như ở phần phía đông của công viên.
"Hơi nước có thể vận chuyển rất nhiều nhiệt", Hurwitz nói. "Ngay cả khi bạn lấy tất cả các mạch nước phun trong Yellowstone, tổng sản lượng nhiệt tương đối không đáng kể."
Hurwitz và các đồng tác giả của ông hiện đang chuẩn bị một bài báo khác về hình dạng của hệ thống ống nước ngầm của Lone Star Geyers, ông nói.
Các nghiên cứu được công bố gần đây trên các mạch nước phun ở Thung lũng Geysers trên Bán đảo Kamchatka của Nga và Old Faithful của Yellowstone đã tìm thấy nhiều buồng phun nước có thể có hình quả trứng thay vì những ống dài, hẹp, như các nhà nghiên cứu đã nghĩ trước đây.
"Geysers không đơn giản như người ta có thể nhìn thấy bằng mắt", Hurwitz nói.
