تم وضع "نظام السباكة" الجوفي للمياه شديدة السخونة التي تغذي السخانات في حديقة يلوستون الوطنية وغيرها من الخصائص الهيدرولوجية بتفاصيل مذهلة - ويمكن للنتائج أن تملأ فجوة معرفية كبيرة وصفها الخبراء بأنها "شطيرة غامضة".
تعد يلوستون موطنًا لأكبر نظام حراري مائي في العالم ، والذي يحتوي على حوالي 10000 ميزة حرارية مائية ، بما في ذلك السخانات والينابيع الساخنة وأواني الطين وفتحات البخار ، وفقًا لخدمة المتنزهات الوطنية (يفتح في علامة تبويب جديدة). يتم تغذية هذه الميزات الموجودة فوق سطح الأرض من خلال شبكة من مسارات المياه الجوفية التي يتم تسخينها بشدة بواسطة الصهارة الجوفية ، مما يتسبب في ارتفاع المياه إلى السطح. ومع ذلك ، لا يعرف الباحثون سوى القليل جدًا عن هذه الشبكة تحت الأرض ، أو نظام السباكة.
قال و. ستيف هولبروك ، المؤلف المشارك في الدراسة ، رئيس قسم علوم الأرض في جامعة فيرجينيا للتكنولوجيا ، في بيان :"لطالما كانت معرفتنا في يلوستون بها فجوة تحت السطح". (يفتح في علامة تبويب جديدة). "إنها تشبه 'شطيرة الغموض' - نحن نعرف الكثير عن ميزات السطح من خلال المراقبة المباشرة وقدر لا بأس به عن النظام الصهاري والتكتوني على بعد عدة كيلومترات من العمل الجيوفيزيائي ، لكننا لا نعرف حقًا ما في المنتصف."
في الدراسة الجديدة ، ربط الباحثون مغناطيسًا كهربائيًا عملاقًا ، يُعرف باسم SkyTEM ، بطائرة هليكوبتر ثم طار ذهابًا وإيابًا مئات المرات فوق يلوستون لمسح الأرض تحتها. يتكون المغناطيس من حلقة سلكية بعرض 82 قدمًا (25 مترًا) تولد مجالًا كهرومغناطيسيًا قويًا. نظرًا لأن أنواعًا مختلفة من المواد ، مثل الصخور أو الماء ، تستجيب بشكل مختلف للمجال المغناطيسي ، فقد تمكن الباحثون لأول مرة من إنشاء خرائط تحت السطح لأجزاء كبيرة من الشبكة الحرارية المائية تحت الأرض.
رسم خرائط للممرات المائية الحرارية
طريقة المسح التي استخدمها الفريق ، والتي تسمى الكهرومغناطيسية العابرة (TEM) ، تتضمن تحفيز تيار كهربائي عبر الأرض عن طريق تشغيل وإيقاف المغناطيس الكهربائي في الهواء. ينتج المغناطيس الكهرومغناطيسي مجالًا كهرومغناطيسيًا عندما يتم تشغيل تيار كهربائي عبر حلقة سلكية ملفوفة ، مثل مغناطيس SkyTEM. عندما يتوقف التيار الكهربائي عن المرور عبر السلك ، تقفز الشحنة الكهربائية من المجال الكهرومغناطيسي إلى الأرض تحته. تتبدد الشحنة الكهربائية عبر الأرض ، مما يتسبب في تقلبات في المجال الكهرومغناطيسي يمكن قياسها بواسطة الباحثين أعلاه.
تظهر مسارات المياه الجوفية بوضوح في الخرائط الناتجة لأن الماء موصل أفضل بكثير لـ الكهرباء من الصخور ، قالت المؤلفة الرئيسية كارول فين ، الباحثة في هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية ، لـ Live Science في رسالة بريد إلكتروني. لذلك يتبدد التيار الكهربائي المستحث في الماء بسرعة أكبر من التيار في الصخور. يمكن أن تفرق تقنية رسم الخرائط أيضًا بين الصهارة والصخور القاعدية نظرًا لامتلاكهما مغناطيسيًا مختلفًا قليلاً قال فين. سمح ذلك للفريق بمعرفة كيفية تفاعل الصهارة والماء لخلق سمات جيولوجية رائعة على السطح.
قال فين إن هذه الطريقة سمحت للباحثين بإنشاء خرائط عالية الدقة على عمق يتراوح بين 492 و 2296 قدمًا (150 إلى 700 مترًا) وخرائط منخفضة الدقة بحد أقصى 1.5 ميل (2.5 كيلومتر). ومع ذلك ، يعتقد الباحثون أن النظام الحراري المائي قد يمتد لمسافة تصل إلى 3.1 ميل (5 كم) تحت السطح ، مما يعني أنهم قد رسموا النصف العلوي فقط من نظام السباكة في يلوستون.
في المجموع ، قطع الفريق حوالي 2500 ميل خلال رحلاتهم البحثية. ومع ذلك ، كانت هذه التقنية حساسة بدرجة كافية لالتقاط أكبر ممرات السوائل فقط. قال فين:"الأمر يشبه تصوير خطوط إمدادات المياه وتوزيعها في المدينة ، ولكن ليس الخطوط الفردية التي تغذي منزلًا معينًا أو الفرق في الأنابيب بين مطبخك والحمام".
الروابط المفقودة
يعرف العلماء بالفعل الكثير عن السمات الحرارية المائية السطحية في يلوستون ، وذلك بفضل عقود من الملاحظات التفصيلية والعينات الكيميائية. يمتلك الباحثون أيضًا فكرة جيدة عن الصفائح التكتونية وخطوط صدع أعمق تحت الأرض لأن الزلازل المتكررة في المنتزه توفر الكثير من الفرص لدراسة ذلك. على سبيل المثال ، في يوليو 2021 ، هز سرب من أكثر من 1000 زلزال يلوستون ، ذكرت Live Science سابقًا . ومع ذلك ، قال فين إن الباحثين "فقدوا الروابط الدقيقة بين المياه العميقة المسخنة بواسطة الصهارة وخصائص السطح المتنوعة".
باستخدام الخرائط الجديدة ، يمكن للباحثين الآن رؤية كيفية تفاعل الممرات المائية مع الصهارة لتوفير المياه شديدة الحرارة التي تخلق السخانات والينابيع الساخنة أعلاه. نتيجة لذلك ، أصبح لدى الفريق الآن فكرة أفضل عن الأعمال الداخلية لبعض الميزات الشهيرة ، بما في ذلك نبع المياه القديم Faithful و Grand Prismatic Spring ، كما قال فين. تظهر الخرائط أيضًا أنه يمكن ربط ميزات السطح الفردية بميزات أخرى مفصولة بما يصل إلى 6 أميال (9.7 كم) ، وفقًا للبيان.
ومع ذلك ، أظهرت الخرائط أيضًا أن السخانات والينابيع الساخنة ، والتي يمكن أن تختلف اختلافًا كبيرًا في الحجم والشكل واللون والتركيب الكيميائي والتقلب ، تم تغذيتها بمسارات جوفية مماثلة بشكل ملحوظ. "ويظهر عملنا أن معظم الميزات الحرارية تقع فوق الصدوع المدفونة التي قناة المياه الساخنة وأن مسارات التدفق متشابهة عبر يلوستون ، بغض النظر عن كيمياء الينابيع المحلية ".
تشير هذه النتيجة إلى أن الاختلاط الكيميائي أو الاختلافات الجيولوجية الأقرب إلى السطح هي المسؤولة عن النطاق المتنوع لميزات السطح التي تُرى في المنتزه.
قال الباحثون إن المجموعة الضخمة من بيانات الخرائط التي جمعوها يمكن أن تكشف الكثير عن المتنزه.
وقال هولبروك في البيان:"مجموعة البيانات كبيرة جدًا لدرجة أننا خدشنا السطح بهذه الورقة الأولى فقط". "إنني أتطلع إلى مواصلة العمل على هذه البيانات ورؤية ما سيأتي به الآخرون أيضًا. ستكون مجموعة بيانات تستمر في العطاء."
وينبغي أن تستفيد العديد من التخصصات العلمية. على سبيل المثال ، يمكن لعلماء الأحياء الدقيقة التحقيق فيما إذا كانت السمات الجوفية تؤثر على التنوع البيولوجي لأشكال الحياة الميكروبية التي تعيش في السخانات والينابيع الساخنة. سيتمكن الجيولوجيون من رسم خرائط لتوزيع الصهارة من أجل فهم أفضل للماضي البركاني الانفجارات البركانية ، وسيتمكن علماء الهيدرولوجيا من التعرف على الاختلافات بين كيفية تدفق المياه الساخنة والباردة تحت الأرض. يمكن للباحثين أيضًا دراسة كيف تسد الرواسب الطينية المسارات الحرارية المائية التي قد تؤدي إلى تراكم الضغط والانفجارات ، والتي تشكل مصدر قلق للسلامة في الحديقة ، كما قال فين.
وقال فين إنه في المستقبل ، يمكن أن تساعد البيانات الكهرومغناطيسية ذات الاستشعار الأعمق في الكشف عن بقية الشبكة الحرارية المائية وتزويد الباحثين "برؤية كاملة للنظام".
نُشرت الدراسة على الإنترنت في 23 مارس في مجلة Nature (يفتح في علامة تبويب جديدة).
