加州超级火山：加州理工学院在长谷火山口的“令人不寒而栗”的发现

　　加州理工学院的研究人员使用先进的成像技术来调查加州长谷火山口(一个休眠的超级火山)增加的地震活动。他们的发现表明，该地区并没有处于大喷发的边缘，而是由于冷却过程而正在经历地震活动。

　　加州理工学院的研究人员使用先进的成像技术来调查加州长谷火山口(一个休眠的超级火山)增加的地震活动。

　　自20世纪80年代以来，研究人员在加州东部内华达山脉的一个地区观察到明显的动荡时期，其特征是地震群以及地面在这些时期每年膨胀和上升近半英寸。这一活动令人担忧，因为该地区被称为长谷火山口，坐落在一座巨大的休眠超级火山之上。76万年前，长谷火山口在一次猛烈的喷发中形成，650立方公里的火山灰喷向空中，其体积足以覆盖整个洛杉矶地区，形成一层1公里厚的沉积物。

　　突破性成像揭示真知灼见

　　在过去几十年里活动增加的背后是什么?是不是该地区正准备再次爆发?还是火山活动的增加实际上是大规模喷发风险正在降低的信号?

　　为了回答这些问题，加州理工学院的研究人员制作了迄今为止最详细的长谷火山口地下图像，到达地壳深处10公里处。这些高分辨率的图像揭示了火山口下的地球结构，并表明最近的地震活动是该地区冷却和沉淀时流体和气体释放的结果。

　　76万年前，长谷火山口曾发生过一次大规模的超级火山喷发，在这里的地表下发生了什么?一项新的研究利用地震波对该地区的地下环境进行成像，发现岩浆房正在冷却。然而，地震仍然可能是由岩浆结晶过程中释放的气体和液体引起的。来源:E. Biondi

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　　这项工作是在地球物理学教授詹仲文(2014年博士)的实验室进行的。描述这项研究的论文发表在10月18日的《科学进展》杂志上。

　　詹说:“我们不认为该地区正在为另一次超级火山爆发做准备，但冷却过程可能会释放出足够的气体和液体，导致地震和小型火山喷发。”“例如，1980年5月，仅该地区就发生了4次6级地震。”

　　这张高分辨率的图像显示，火山的岩浆室被一层坚硬的结晶岩石盖住，这是液态岩浆冷却和凝固时形成的。

　　创新成像技术

　　为了创建地下图像，研究人员通过测量地震产生的地震波来推断地下环境的样子。地震产生两种地震波:一次地震波(p波)和二次地震波(s波)。这两种波在不同的材料中以不同的速度传播——波在液体等弹性材料中传播速度会减慢，但在岩石等刚性材料中传播速度会很快。在不同地点使用地震仪可以测量地震波时间上的差异，并确定地震波穿过时材料的特性——弹性或刚性。通过这种方式，研究人员可以创建地下环境的图像。

　　尽管在塞拉利昂东部地区有几十个地震仪，詹的技术利用光纤电缆(就像那些提供互联网的电缆)在一个被称为分布式声传感(DAS)的过程中进行地震测量。用来对长谷火山口成像的100公里长的电缆相当于1万个单分量地震仪的长度。在一年半的时间里，该团队使用电缆测量了2000多次地震事件，其中大多数地震太小，无法被人类感觉到。机器学习算法处理这些测量结果并生成最终图像。

　　这项研究是首次使用DAS创建如此深的高分辨率图像。以前来自局部断层扫描研究的图像要么局限于深度约5公里的浅层地下环境，要么以较低的分辨率覆盖更大的区域。

　　“这是DAS如何改变我们对地壳动力学理解的首批演示之一，”加州理工学院DAS科学家、该论文的第一作者埃托雷·比昂迪(Ettore Biondi)说。“我们很高兴将类似的技术应用到其他地区，我们对地下环境很感兴趣。”

　　未来的努力

　　接下来，研究小组计划使用一根200公里长的电缆对地壳深处进行成像，大约15到20公里深，在那里火山口的岩浆室——它的“跳动的心脏”——正在冷却。

　　参考文献:“长谷岩浆房的上地壳盖”，作者:Ettore Biondi、朱伟强、李家轩、Ethan F. Williams和詹仲文，2023年10月18日，《科学进展》。DOI: 10.1126 / sciadv.adi9878

　　除了Biondi和Zhan，合著者还包括加州理工学院前博士后朱伟强，现就职于加州大学伯克利分校;加州理工学院博士后李家轩;以及前加州理工学院研究生伊桑·威廉姆斯(Ethan Williams, 19届硕士，23届博士)，现就职于华盛顿大学。研究资金由美国国家科学基金会、加州理工学院雷斯尼克可持续发展研究所以及戈登和贝蒂·摩尔基金会提供。