Caltech araştırmacıları, Kaliforniya’nın hareketsiz bir süper volkan olan Long Valley Caldera’sındaki artan sismik aktiviteyi araştırmak için gelişmiş görüntüleme teknikleri kullandı.
Araştırmacılar, 1980’lerden bu yana, Kaliforniya’nın Doğu Sierra Nevada dağlarındaki deprem sürüleriyle karakterize edilen bir bölgede önemli huzursuzluk dönemleri ve bu dönemlerde zeminin yılda neredeyse yarım inç kadar şişip yükselmesini gözlemlediler. Faaliyet endişe verici çünkü Long Valley Caldera adı verilen bölge, hareketsiz olan devasa bir kaya kütlesinin üzerinde yer alıyor.
Yedi yüz altmış bin yıl önce Long Valley Caldera, 650 kilometreküp külü havaya fırlatan şiddetli bir patlamayla oluştu; bu hacim, 1 kilometre kalınlığındaki bir tortu tabakasıyla tüm Los Angeles bölgesini kaplayabilecek bir hacimdi.
Çığır Açan Görüntüleme İçgörüleri Ortaya Çıkarıyor
Son birkaç on yılda artan aktivitenin arkasında ne var? Bölge yeniden patlamaya hazırlanıyor olabilir mi? Yoksa aktivitedeki artış aslında büyük bir patlama riskinin azaldığının bir işareti olabilir mi?
Bu soruları yanıtlamak için Caltech araştırmacıları, yer kabuğunda 10 kilometreye kadar derinliğe ulaşan Long Valley Caldera’nın bugüne kadarki en ayrıntılı yer altı görüntülerini oluşturdu. Bu yüksek çözünürlüklü görüntüler, kalderanın altındaki dünyanın yapısını ortaya koyuyor ve son sismik aktivitenin, bölge soğuyup yerleşirken sıvı ve gazların salınmasının bir sonucu olduğunu gösteriyor.
Çalışma, jeofizik profesörü Zhongwen Zhan’ın (Doktora ’14) laboratuvarında gerçekleştirildi. Araştırmayı anlatan bir makale 18 Ekim’de dergide yayınlandı. Bilim Gelişmeleri.
Zhan, “Bölgenin başka bir süper volkanik patlamaya hazırlandığını düşünmüyoruz, ancak soğuma süreci depremlere ve küçük patlamalara neden olacak kadar gaz ve sıvı açığa çıkarabilir” diyor. “Örneğin, Mayıs 1980’de Sadece bölgede 6 büyüklüğünde 4 deprem yaşandı.”
Yüksek çözünürlüklü görüntü, yanardağın magma odasının, sıvı magmanın soğuyup katılaşmasıyla oluşan sertleşmiş kristalize kaya kapağıyla kaplandığını gösteriyor.
Yenilikçi Görüntüleme Teknikleri
Yeraltı görüntüleri oluşturmak için araştırmacılar, depremlerden gelen sismik dalgaları ölçerek yeraltı ortamının nasıl göründüğünü anlıyorlar. Depremler iki tür sismik dalga üretir: birincil (P dalgaları) ve ikincil (S dalgaları). Her iki tür dalga da farklı malzemeler üzerinde farklı hızlarda hareket eder; dalgalar, sıvılar gibi elastik malzemeler tarafından yavaşlatılır, ancak kaya gibi çok sert malzemeler boyunca hızla ilerler. Çeşitli yerlerde sismometrelerin kullanılması, dalgaların zamanlamasındaki tutarsızlıkları ölçmeye ve içinden geçtikleri malzemelerin özelliklerini (ne kadar elastik veya sert) belirlemeye olanak tanır. Bu sayede araştırmacılar yeraltı ortamının görüntülerini oluşturabilirler.
Doğu Sierra bölgesine yerleştirilmiş birkaç düzine sismometre olmasına rağmen Zhan’ın tekniği, dağıtılmış akustik algılama (DAS) adı verilen bir süreçte sismik ölçümler yapmak için fiber optik kabloları (internet sağlayanlar gibi) kullanıyor. Long Valley Caldera’yı görüntülemek için kullanılan 100 kilometrelik kablo uzunluğu, 10.000 tek bileşenli sismometrenin uzunluğuyla karşılaştırılabilecek düzeydeydi. Bir buçuk yıldan fazla bir süre boyunca ekip, çoğu insan tarafından hissedilemeyecek kadar küçük olan 2.000’den fazla sismik olayı ölçmek için kabloyu kullandı.
Bu çalışma, DAS ile bu kadar derin, yüksek çözünürlüklü görüntülerin oluşturulduğu ilk çalışmadır. Yerel tomografi çalışmalarından elde edilen önceki görüntüler ya yalnızca yaklaşık 5 kilometre derinlikteki sığ yüzey altı ortamıyla sınırlıydı ya da daha düşük çözünürlükte daha geniş bir alanı kapsıyordu.
Caltech’ten DAS bilimcisi ve makalenin ilk yazarı Ettore Biondi, “Bu, DAS’ın kabuk dinamikleri anlayışımızı nasıl değiştirebileceğinin ilk kanıtlarından biridir” diyor. “Yer altı ortamını merak ettiğimiz diğer bölgelere de benzer teknolojiyi uygulamaktan heyecan duyuyoruz.”
Gelecekteki Çabalar
Daha sonra ekip, kalderanın magma odasının (onun “atan kalbinin”) soğuduğu yer kabuğunun daha da derinlerini, yaklaşık 15 ila 20 kilometre derinliğini görüntülemek için 200 kilometre uzunluğunda bir kablo kullanmayı planlıyor.
Referans: Ettore Biondi, Weiqiang Zhu, Jiaxuan Li, Ethan F. Williams ve Zhongwen Zhan tarafından yazılan “Long Valley magma odasının üzerinde bir üst kabuk kapağı”, 18 Ekim 2023, Bilim Gelişmeleri. DOI: 10.1126/sciadv.adi9878
Biondi ve Zhan’a ek olarak, ortak yazarlar eski Caltech doktora sonrası araştırmacısı ve şu anda UC Berkeley’de çalışan Weiqiang Zhu; Caltech doktora sonrası araştırmacısı Jiaxuan Li; ve eski Caltech yüksek lisans öğrencisi Ethan Williams (MS ’19, PhD ’23), şu anda Washington Üniversitesi. Finansman Ulusal Bilim Vakfı, Caltech’teki Resnick Sürdürülebilirlik Enstitüsü ve Gordon ve Betty Moore Vakfı tarafından sağlandı.