Геотермальные районы Йеллоустона

В геотермальных районах Йеллоустоуна включают несколько гейзеров бассейнов в Йеллоустонском национальном парке , а также другие геотермальных функции , такие как горячие источники , грязевые котлы и фумаролы . Количество термальных объектов в Йеллоустоне оценивается в 10 000. ^[1] Исследование ^[2]Это было завершено в 2011 году, и было обнаружено, что в Йеллоустоне извергалось 1283 гейзера, 465 из которых активны в течение среднего года. Они распределены между девятью бассейнами гейзеров, при этом несколько гейзеров находятся в небольших термальных зонах по всему парку. Количество гейзеров в каждом бассейне гейзера следующее: Верхний бассейн Гейзера (410), Мидуэйский бассейн (59), Нижний Гейзерный бассейн (283), Норрис Гейзерный бассейн (193), Вест-Тамб Гейзерный бассейн (84), Гиббон ​​Гейзер Бассейн (24), Бассейн Гейзера Одинокой Звезды (21), Бассейн Гейзера Шошон (107), Бассейн Гейзера Озера Сердце (69), другие области (33). Хотя известные большие гейзеры, такие как Old Faithful, являются частью общего количества, большинство гейзеров Йеллоустоуна маленькие, извергаясь всего на фут или два. Гидротермальная система, снабжающая гейзеры горячей водой, расположена в древней действующей кальдере.. ^[3] Многие термальные объекты в Йеллоустоне создают отложения агломерата , гейзерита или травертина вокруг и внутри них.

Пароход Гейзер в бассейне Норрис Гейзер

Гейзер Эксельсиор ночью, Бассейн Гейзера Мидуэй

Различные бассейны гейзеров расположены там, где дождевая вода и таяние снега могут просачиваться в землю, косвенно перегреваться под воздействием горячей точки Йеллоустоуна , а затем извергаться на поверхность в виде гейзеров, горячих источников и фумарол. Таким образом, в долинах с плоским дном между древними потоками лавы и ледниковыми моренами расположено большинство крупных геотермальных областей. Меньшие геотермальные области могут быть найдены там, где линии разломов достигают поверхности, в местах вдоль круговой зоны разломов вокруг кальдеры и у подножия склонов, которые собирают избыточные грунтовые воды. ^[3] Из-за высокого возвышения Йеллоустонского плато средняя температура кипения в бассейнах гейзеров Йеллоустоуна составляет 199 ° F (93 ° C). Когда он должным образом ограничен и находится близко к поверхности, он может периодически сбрасывать часть созданного давления при извержениях горячей воды и пара, которое может достигать 390 футов (120 м) в воздух (см. Гейзер Пароход , самый высокий гейзер в мире). . ^[4] Вода, извергающаяся из гейзеров Йеллоустоуна, на выходе из вентиляционного отверстия перегревается выше точки кипения в среднем до 204 ° F (95,5 ° C). ^[5] Вода значительно охлаждается в воздухе и больше не становится горячей к тому моменту, когда ударяется о землю, близлежащие променады или даже зрителей. Из-за высокой температуры воды в объектах важно, чтобы зрители оставались на променаде и обозначенных тропах. Несколько человек погибли в парке в результате падения в горячие источники.

Доисторические артефакты коренных американцев были найдены в Маммот-Хот-Спрингс и других геотермальных районах Йеллоустоуна. Некоторые источники утверждают, что древние люди использовали горячую воду из геотермальных источников для купания и приготовления пищи. В XIX веке отец Пьер-Жан де Смет сообщил, что местные жители считали извержения гейзеров «результатом битвы между адскими духами». ^[6] Льюис и Кларк экспедиции отправился на север области Йеллоустоун в 1806 местных туземцев , что они наткнулись редко осмеливался войти то , что мы теперь знаем , является кальдера из - за частых громких звуков , которые звучали как гром и уверенность в том , что духи, одержимые области не любили вторжение человека в их царство. ^[7] Первым известным белым человеком, который отправился в кальдеру и увидел геотермальные особенности, был Джон Колтер , который покинул экспедицию Льюиса и Кларка. Он описал то, что он видел, как «серу горячего источника». Бобровый ловец Джозеф Мик рассказывал в 1830 году, что пар, поднимающийся из различных бассейнов гейзеров, напомнил ему дым, исходящий из промышленных дымовых труб холодным зимним утром в Питтсбурге, штат Пенсильвания . В 1850-х годах знаменитый зверолов Джим Бриджер называл это «местом, где вздымается ад». ^[3]

Тепло, которое стимулирует геотермальную активность в районе Йеллоустоуна, исходит от рассола (соленой воды), который находится на 1,5–3 мили (7 900–15 800 футов; 2 400–4 800 м) от поверхности. ^[3] На самом деле это под твердой вулканической породой и осадочными отложениями, которая простирается на глубину от 3000 до 6000 футов (от 900 до 1800 м) и находится внутри горячей, но в основном твердой части плутона, который содержит магматический очаг Йеллоустоуна . ^[8] На этой глубине рассол перегревается до температуры, превышающей 400 ° F (204 ° C), но может оставаться жидкостью, поскольку находится под большим давлением (как в огромной скороварке ). ^[9]

Конвекция вспениваемого рассола и теплопроводность от окружающей породы передают тепло вышележащему слою пресных грунтовых вод . Движению двух жидкостей способствует сильно трещиноватая и пористая природа горных пород под Йеллоустонским плато. Некоторое количество кремнезема растворяется из трещинного риолита в горячей воде, когда он проходит через трещиноватую породу. Часть этого твердого минерала позже откладывается на стенках трещин и трещин, образуя почти герметичную систему. Кремнезем осаждается на поверхности, образуя гейзерит или агломерат, создавая массивные конусы гейзеров, зубчатые края горячих источников и, казалось бы, бесплодный ландшафт бассейнов гейзеров.

В Йеллоустоне обнаружено по крайней мере пять типов геотермальных объектов:

• Фумаролы: фумаролы , или паровые каналы, являются самыми горячими гидротермальными объектами в парке. В них так мало воды, что вся она превращается в пар, не достигнув поверхности. В таких местах, как Ревущая гора , возникает громкое шипение пара и газов.
• Гейзеры: Гейзеры, такие как Old Faithful, представляют собой геотермальные источники, из которых периодически извергается обжигающая горячая вода. Повышенное давление, оказываемое огромным весом вышележащих скальных пород и воды, предотвращает закипание более глубокой воды. По мере того, как горячая вода поднимается, давление уменьшается, и образуются пузырьки пара. Они, в свою очередь, расширяются при подъеме до тех пор, пока пузыри не становятся слишком большими и многочисленными, чтобы свободно проходить через сужения. В критической точке ограниченные пузырьки фактически поднимают воду над водой, заставляя гейзер разбрызгиваться или переливаться через край. Это снижает давление в системе и приводит к сильному кипению. Большое количество воды превращается в огромное количество пара, который выталкивает струю воды из вентиляционного отверстия: начинается извержение. Вода (и тепло) удаляется быстрее, чем скорость перезарядки гейзера, постепенно снижая давление в системе и, в конечном итоге, прекращая извержение. ^[9]
• Горячие источники: Горячие источники, такие как Большой Призматический источник, являются наиболее распространенными гидротермальными объектами в парке. Их сантехника не имеет перетяжек. Перегретая вода охлаждается, достигая поверхности, тонет и заменяется более горячей водой снизу. Эта циркуляция, называемая конвекцией, не позволяет воде достичь температуры, необходимой для начала извержения. Многие горячие источники порождают потоки нагретой воды.
• Грязевые горшки: грязевые горшки, такие как горшки с краской для фонтанов, - это кислые горячие источники с ограниченным запасом воды. Некоторые микроорганизмы используют сероводород (запах тухлых яиц), который поднимается из недр земли, в качестве источника энергии. Они превращают газ в серную кислоту , которая превращает горную породу в глину.
• Травертиновые террасы: Травертиновые террасы , обнаруженные на горячих источниках Мамонта , сформированы из известняка (тип породы, сделанный из карбоната кальция ). Термальные воды поднимаются через известняк, неся большое количество растворенного карбоната. Углекислый газ выделяется на поверхности, а карбонат кальция откладывается в виде травертина , меловой белой породы террас. ^[9] Эти характеристики постоянно и быстро меняются из-за высокой скорости осаждения.

Бассейн Норрис Гейзер

Бассейн Норрис Гейзер 44 ° 43′43 ″ с.ш., 110 ° 42′16 ″ з.д. / 44,72861 ° с.ш.110,70444 ° з.д. / 44.72861; -110,70444 ( Бассейн Норрис Гейзер )является самым горячим гейзерным бассейном в парке ^[10] и расположен недалеко от северо-западной окраины Йеллоустонской кальдеры возле Норрис-Джанкшен и на пересечении трех основных разломов . Коридор Норрис-Мамонт - это разлом, который проходит от Норриса на север через Мамонт до района Гардинер, штат Монтана . Разлом озера Хебген проходит с северо-запада Западного Йеллоустона, штат Монтана , до Норриса. В этом разломе в 1959 году произошло землетрясение силой 7,4 балла по шкале Рихтера (источники различаются по магнитуде от 7,1 до 7,8; ​​см. Землетрясение на озере Хебген в 1959 году ). Бассейн Норрис Гейзер настолько горячий и динамичный, потому что эти два разлома пересекаются с зоной кольцевого разлома, возникшей в результате создания Йеллоустонской кальдеры 640 000 лет назад. ^[11]

Бассейн состоит из трех основных областей: Фарфоровый бассейн, Задний бассейн и Равнина Сотни Источников. В отличие от большинства других бассейнов гейзеров в парке, вода из Норриса скорее кислая ^[12] , чем щелочная (например, у гейзера Echinus pH ~ 3,5). Разница в pH позволяет другому классу бактериальных термофилов жить в Норрисе, создавая разные цветовые узоры в водах бассейна Норриса и вокруг них.

Рваные холмы, которые лежат между Бэк- Бэзином и Равниной Сто-Спрингс, представляют собой термически измененные ледниковые каме . По мере того, как ледники отступали, основные термические особенности снова начали проявлять себя, таяя остатки льда и вызывая сброс массы обломков. Затем эти груды мусора были изменены протекающими через них паром и горячей водой. Мэдисон находится внутри эродированных каналов, прорезанных потоками лавы, образовавшимися после извержения кальдеры . Водопад Гиббон ​​находится на границе кальдеры, как и Каскады Вирджинии. ^[10]

Самый высокий активный гейзер в мире, Steamboat Geyser , ^[11] расположен в бассейне Норрис. В отличие от немного меньшего, но гораздо более известного Old Faithful Geyser, расположенного в Верхнем бассейне Гейзера, Steamboat имеет неустойчивый и длительный график между крупными извержениями. Во время крупных извержений, которые могут быть разделены интервалами более года (самый длинный зарегистрированный интервал между крупными извержениями составлял 50 лет), Steamboat извергается в воздух на высоту более 300 футов (90 м). Пароход не бездействует между извержениями, вместо этого демонстрирует небольшие извержения примерно на 40 футов (12 м).

Бассейн Норрис Гейзер периодически подвергается крупномасштабным тепловым возмущениям в масштабах всего бассейна, которые продолжаются несколько недель. Уровень воды колеблется, а температура, pH, цвета и характер извержения меняются по всему бассейну. Во время волнений 1985 года из гейзера Поркчоп непрерывно поступал пар и вода; в 1989 году тот же гейзер, по-видимому, забился кремнеземом и взорвался, выбросив камни на высоту более 200 футов (61 м). В 2003 году смотритель парка заметил, что он сильно пузырится, что было первым подобным явлением с 1991 года. В середине 2003 года активность резко возросла. Из-за высоких температур грунта и новых возможностей рядом с тропой большая часть Бэк-Бэзина была закрыта до октября. В 2004 году дощатый настил был проложен вокруг опасной зоны и теперь ведет за гейзером Поркчоп. ^[13]

К северу от Норриса Ревущая гора представляет собой большую кислую гидротермальную зону (сольфатара) с множеством фумарол. В конце 19-го и начале 20-го веков количество, размер и мощность фумарол были намного больше, чем сегодня. Фумаролы легче всего увидеть в более прохладных условиях низкой освещенности утром и вечером. Краски художников - это небольшая гидротермальная зона к югу от Норрис Джанкшен, которая включает в себя красочные горячие источники и две большие грязевые котлы.

Памятник Гейзерной котловине

Памятник Гейзер бассейна 44 ° 41′03 ″ с.ш. 110 ° 45′14 ″ з.д. / 44,68417 ° с.ш.110,75389 ° з. / 44,68417; -110,75389 ( Памятник Гейзерной котловине )не имеет активных гейзеров, но его «памятники» представляют собой отложения кремнистого агломерата, похожие на кремнистые шпили, обнаруженные на дне Йеллоустонского озера . Ученые предполагают, что структуры этого бассейна сформировались из системы горячей воды в озере с ледниковой плотиной во время убывающей стадии оледенения Пайндейла . Бассейн находится на гребне, к которому ведет очень крутая тропа длиной 1,6 км к югу от Художественных горшков с красками.

Верхний бассейн Гейзера

К югу от Норриса по краю кальдеры находится Верхний бассейн Гейзера. 44 ° 27′52 ″ с.ш. 110 ° 49′45 ″ з.д. / 44,46444 ° с.ш.110,82917 ° з.д. / 44.46444; -110,82917 ( Верхний бассейн Гейзера ), который имеет самую высокую концентрацию геотермальных элементов в парке. Этот набор функций включает в себя самый известный гейзер в парке, Old Faithful Geyser , а также четыре других предсказуемых больших гейзера. Одним из таких крупных гейзеров в этом районе является Гейзер Касл, который находится примерно в 430 м к северо-западу от Старого Верного. Замок Гейзер имеет интервал примерно 13 часов между крупными извержениями, но это непредсказуемо после небольших извержений. Три других предсказуемых гейзера - это Гранд Гейзер , Дейзи Гейзер и Риверсайд Гейзер . Бассейн Бисквит и Бассейн Черного Песка также находятся в пределах Верхнего Бассейна Гейзера.

Холмы, окружающие Old Faithful и Верхний бассейн Гейзера, напоминают четвертичные риолитовые потоки лавы. Эти потоки, возникшие спустя много времени после катастрофического извержения 640 000 лет назад, текли по ландшафту, как жесткие холмы из хлебного теста из-за высокого содержания в них кремнезема.

Доказательства ледниковой активности являются обычным явлением, и это один из ключей, который позволяет гейзерам существовать. Отложения ледникового покрова лежат в основе бассейнов гейзеров и служат хранилищами воды, используемой при извержениях. Многие формы рельефа, такие как Поркьюпайн-Хиллз к северу от Фонтан-Флэтс, состоят из ледникового гравия и напоминают о том, что от 70 000 до 14 000 лет назад эта территория была погребена подо льдом. ^[14]

Признаки сил эрозии можно увидеть повсюду, от каналов для стока, вырезанных в агломерате в бассейнах гейзеров, до дренажа, созданного рекой Файерхол. Горное строительство очевидно на дороге к югу от Old Faithful, в сторону Craig Pass. Здесь Скалистые горы достигают высоты 8 262 футов (2518 м), разделяя страну на два отдельных водораздела . ^[15]