Yellowstone'i supervulkaan

Yellowstone'i supervulkaan asub Ameerika Ühendriikides Yellowstone'i rahvuspargis Wyomingi osariigi loodeosas Tetoni maakonnas. See on uinunud vulkaan, mis purskas viimati 630 000 aastat tagasi.
Geoloogia.
Yellowstone'i supervulkaan asub kuuma täpi piirkonnas. Yellowstone'i kuum täpp on tekkinud seoses Põhja-Ameerika laama liikumisega üle tänapäevase Idaho, Montana, Nevada, Oregoni ja Wyomingi alade. Praegu asub kuum täpp Yellowstone'i kaldeera all. Magma imbub perioodiliselt 6–10 km sügavusel asuvasse maa-alusesse magmakambrisse, pannes maapinna punduma. Magmakoonlad transpordivad soojust vahevööst ülespoole maakoorde. Magmast tulenev soojus on sulatanud üles maakoore kivimeid ning tekitanud pinnalähedasi poolsulanud kivimitest koosnevaid magmakambreid. Suur maa-alune rõhk tekitab maavärinaid ja magma hakkab pragudest välja imbuma. Surve väheneb ning välja pääsevad vulkaanilised gaasid, tulemuseks hiiglaslik vulkaanipurse. Magma jahtudes ja tahenedes maapind vajub. Yellowstone'i rahvuspargis toimub aastas keskmiselt 1000–3000 maavärinat. Suurem osa neist on peaaegu märkamatud, kuid annavad olulist infot selle kohta, kui kiiresti maa-alune magmakamber täitub. 2006. aastal toimus Yellowstone'is üle 1200 maavärina ning mõned kaldeera alad tõusid üle seitsme sentimeetri.
Soojuse ja gaasi väljalaset jälgides kogutakse informatsiooni uinuvate, kuid rahutute kaldeerade kohta. Yellowstone'i supervulkaani puhul nõuavad suured soojus- ja süsihappegaasivood tohutut basaltse magma juurdevoolu. See jätkab tungimist maakoore alumisse ja keskosasse, hoiab alal ülalpool asuvat kõrge ränisisaldusega magmareservuaari ning on jätkuvalt vulkaaniline oht. Suur süsihappegaasivoog võib kaasa aidata kaldeerapõhja deformatsioonile ning mõjutab ka keemilisi, soojuslikke ja rõhusignaale, mida magma kiirgab. Samal ajal, kui magma kristalliseerub ja selle rõhk väheneb, vabanevad gaaside või soolaste vedelike kujul erinevad kemikaalid. Maapinnal kerkivad gaasidena üles näiteks süsihappegaas (CO2) ning divesiniksulfiid (H2S), kuid teised lenduvad ained nagu klooriioonid (Cl-), fluoriioonid (F-), sulfaat (SO4-) ning vesinikkarbonaat (HCO3-) lahustuvad põhjavees.
Kaldeera kirdeosas on magma 5–13 kilomeetri sügavusel maapinna all ning edela pool 13–19 kilomeetri sügavusel. 2013. aasta uuringute põhjal on Yellowstone’i magmakamber umbes 80 km pikk ja 20 km lai. Selle maht maa all on ligikaudu 4000 kuupkilomeetrit ning sellest 6 kuni 8 protsenti on täidetud sulakivimiga. See on umbes 2,5 korda suurem, kui teadlased varem arvasid. Siiski usutakse, et sulakivimi osakaal kambris on liiga väike, et võimaldada uut superpurset. Sealsed laavakuplid paisuvad ja taanduvad vastavalt magma ja hüdrotermiliste vedelike kogusele. See protsess võib toimida loodusliku survevähendamisviisina, tasakaalustades magma juurdevoolu. Viimase sajandi jooksul on kaldeera pind paisumise tõttu kaldunud rohkem lõuna poole. Selle tagajärjel on Yellowstone'i järve lõunakallas taandunud ning vesi ulatub puudeni. Järve põhjarannik on muutunud liivaseks rannaks. Maapinnal kraatrite ümbruses säilinud vulkaanilised setted erinevad ümbritsevast ning annavad olulist infot kraatritealuse geoloogia kohta.
Yellowstone'i kaldeera aladel on nii geisreid, fumaroole kui ka kuumaveeallikaid. Need on vulkaanilise tegevuse otsene tagajärg. Põhjuseks on kuumuse eraldumine sulanud kivimimassist. Soojus kandub ülespoole põhjaveesüsteemi, tekitades kuumaveeallikaid ja geisreid. Neist aktiivseid on kõvasti üle 10 000. Seal paikneb üle poolte terve maailma aktiivsetest geisritest. Igal aastal on aktiivsed umbkaudu 500–700 geisrit. 2011. aastal registreeriti Yellowstone'i rahvuspargis 1283 geisripurset. Tuntuim geiser on Old Faithful, mille pursked on kergesti ennustatavad. See purskab tihemini kui teised suured geisrid rahvuspargis, kuid ei ole neist kõige regulaarsem ega suurem. Old Faithful asub 2240 meetri kõrgusel maapinnast ning pursete keskmine vahe on poolteist tundi. Üks purse kestab poolteist kuni viis minutit ning väljutab 14 000 – 32 000 liitrit keevat vett 30–55 meetri kõrgusele. 
Yellowstone'i rahvuspargis leidub umbkaudu 2800 fumarooli. Fumaroolid koosnevad meteoorsest veest, mida laevad magmast tulenevad kuumad gaasid. Kuumaveeallikaid on aga kõige rohkem. Mõnede allikate temperatuur ületab keemispunkti (sellel kõrgusel 94 kraadi Celsiust). Osadel kuumaveeallikatel on intensiivne sinine värvus. See tuleneb sellest et, veelt peegelduva nähtava valguse sinine värvus hajub kõige rohkem ja just seda värvi me näeme. Sademetest alguse saanud kuumaveeallika vesi imbub läbi maapinna ning muutub sügavamal ülikuumaks. Kuum vesi saab takistamatult taas pinnale tõusta. Konvektsioonivoolud segavad vett pidevalt, mis takistab seda ülekuumenemast ning hoiab ära purske. Vahetevahel võivad kuumaveeallikad siiski pursata nagu geisrid. Paljud erksad värvid, mida võib näha Yellowstone’i hüdrotermilistes piirkondades, pärinevad termofiilidelt. Termofiilid on mikroorganismid, kes elavad ja paljunevad kõrgetel temperatuuridel. Neid mikroorganisme on koos nii palju (triljoneid), et nad moodustavad nähtavaid värvilisi kogumeid. Erinevat tüüpi termofiilid elavad kuumaveeallika erinevates temperatuuritsoonides ega talu palju jahedamaid ega soojemaid tingimusi. Yellowstone’i kuumaveesüsteemides võib sageli näha selgeid, värvilisi üleminekuid: kui ühe mikroobide rühma taluvuspiir saabub, asendub see järgmise termofiilide rühmaga. 
Tegevus.
Geoloogiliste tõendite põhjal vulkaan viimase 2 100 000 aasta jooksul suuremalt pursanud kolm korda. Yellowstone'i kolm purset on teadaolevalt suurimad pursked Maa ajaloos. Kaks neist vastavad superpurske kriteeriumidele. Supervulkaanide pursetega levib vulkaanilist tuhka palju kaugemale kui tavaliste vulkaanide puhul, sest nende magmakambrid on massiivsed. Ajavahed pursete vahel olid umbkaudu 600 000 – 800 000 aastat. Iga purskega on üle Ameerika Ühendriikide mandriosa kandunud suurel hulgal vulkaanilist tuhka, magmat ja muud materjali. Jäänukeid Yellowstone'i pursetest on leitud isegi Louisiana osariigist. Pursked on põhjustanud ulatuslikku ümbritseva maapinna kokkuvarisemist. Selle tõttu on tekkinud märgatav pinnavorm kaldeera, mis on 50 kilomeetrit lai ja 70 kilomeetrit pikk. Yellowstone'i supervulkaani nimetatakse tihti ka Yellowstone'i kaldeeraks.
2,1 miljoni aasta tagust purset Huckleberry Ridge loetakse üheks suurimaks inimkonnale teadaolevaks. See kattis vulkaanilise tuhaga ligi 15 000 ruutkilomeetri suuruse ala, mis ulatus lausa Missourini. Purskega väljus umbes 2500 kuupkilomeetrit vulkaanilist materjali.
Teine, väiksem vulkaanipurse Mesa Falls toimus umbkaudu 1 300 000 aastat tagasi.
Umbes 631 000 aastat tagasi aset leidnud kõige hiljutisem purse Lava Creek oli vulkanoloogide sõnul 1000 korda võimsam kui 1980. aasta Saint Helensi vulkaanipurse. Vulkaan paiskas tuhandete kilomeetrite kõrgusele atmosfääri peaaegu 1000 kuupkilomeetrit kuuma tuhka, mürgiseid gaase ja sulanud kivimeid. Kolmandik mandrist mattus arvatavasti pimedusse. Lõõmpilv ja magma põhjustasid tõelise loodusliku katastroofi. Viimase suurema purske jäljed on rahvuspargis ja seda ümbritseval maastikul selgelt näha, näiteks moodustus selle tagajärjel Yellowstone'i suurim kaldeera. Paksu purskest allesjäänud materjali kihti on siiani näha piirkonnas, mida nimetatakse Lava Creek Tuffiks.
Pursetevahelisel perioodil väljutas maa-alune kamber magmat aeglaselt ja vaikselt. Ei ole kindlaks tehtud, miks magmat vahetevahel ikka veel maapinnale imbub.
Yellowstone'i supervulkaan oli viimati aktiivne laavavoolude näol umbes 70 000 aastat tagasi. Pärast viimast suuremat purset on toimunud vaid 80 väiksemat purset. Vulkanoloogid on vulkaani tegevust jälginud aastast 1923. Maapinna deformeerumist hakati kahtlustama aastal 1975 ning seda uuriti tähiste vertikaalse liikumise mõõtmise teel. 1985. aastaks olid teadlased dokumenteerinud terve kaldeera enneolematut rohkem kui meetrist tõusu. Ajavahemikul 2004–2009 tõusis sealne maapind umbes 25 sentimeetrit. Viimastel aastakümnetel on tõusukiirus olnud teadaolevalt suurim. Hilisemate GPS-mõõtmistega selgus, et järgnes vajumisfaas, mis kestis 2005. aastani. Suurim vertikaalne liikumine registreeriti White Lake’i GPS-jaamas, mis asub kaldeera idaservas. Seal oli kogutõus aastatel 2004–2010 umbes 27 sentimeetrit. Tõusukiirus aeglustus 2008. aastal ning kaldeera hakkas taas vajuma 2010. aasta esimesel poolel. Tõusuperiood on pannud teadlasi spekuleerima võimaliku purske üle, kuid vulkaan on juba kaua aega olnud passiivne ning ei toimu piisavalt aktiivsust, mis näitaks, et purse on tulemas. Kaldeeral võib tsüklitena esineda tõusu- ja vajumisperioode esineda tuhandeid aastaid ilma, et toimuks vulkaanipurse. Suurem purse on Ameerika Ühendriikide Geoloogiateenistuse (USGS) analüüsi põhjal ebatõenäoline ning ühe aasta kohta on sellise suuremahulise purske toimumise tõenäosus 1 730 000-st. Arvatakse, et vulkaanilised fenomenid, mida tulevikus näha võime, on pigem laavavoolud või hüdrotermilised pursked. Laavavoolude liikumine võtab aega kuid või aastaid, seega oleks kohalikel piisavalt aega olukorra hindamiseks, hoiatustööks ja inimeste kaitsmiseks. Järgmine purse võib toimuda järgmise paari tuhande kuni miljoni aasta jooksul.
Yellowstone'i piirkonna seismilise ja vulkaanilise aktiivsuse jälgimiseks loodi 2001. aastal Yellowstone'i vulkaaniobservatoorium (YVO) Teadlased jälgivad Yellowstone'i vulkaani peaaegu reaalajas toimiva seirevõrgustiku abil, mis koosneb 26 seismilisest jaamast, 16 GPS-vastuvõtjast ja 11 jõevoolu mõõtejaamast. Samuti kogutakse andmeid kindlate hüdrotermiliste objektide keemilise koostise, temperatuuri ja gaasikontsentratsioonide kohta ning mõõdetakse suuremate jõgede kloriidisisaldust. Magmakambrite asukoha määramiseks kasutatakse magnetotelluurilisi meetodeid. Magnetotelluuriliste seadmetega tuvastatakse maa-aluseid materjale, mis juhivad elektrit. Magma juhib elektrit märgatavlt paremini kui tahked kivimid. Seni on avastatud neli magmarohket maa-alust piirkonda, kuid ainult kirdepoolse sisetemperatuur püsib piisavalt kõrgena, et magmat seal hoida ning potentsiaalselt kunagi pursata. Igakuine ülevaade, reaalajas seismilisuse ja veevoogude seire ning maapinna deformatsiooni andmed avaldatakse Yellowstone'i vulkaaniobservatooriumi veebilehel. 
Maastik.
Yellowstone'is asuvad kolm maailma noorimat kaldeerat. Need on hiiglaslikud, kuid enam pole näha pursete tekitatud kraatreid. Sadade tuhandete aastate jooksul on suurema osa kaldeerast täitnud rohkel hulgal maapinnale imbunud laava. Nii vulkaaniline tuhk kui ka laava on juba kaua aega tagasi kivistunud, seega moodustab suurema osa kaldeera põhjast rüoliit ehk tardunud laava. Yellowstone'i rahvuspargi terves keskosas pole kõrgeid mäetippe, kuna laavajoad täitsid ajapikku kaldeera süvendi.
Lava Creek Tuff on viimase superpurske tekitatud fossiliseerunud tuhakiht, mis on mõnes kohas pea 400 meetri paksune. Lava Creeki purske tagajärjel tekkisid ka mõned väiksemad tuhamaardlad.
174 000 aastat tagasi muutis üks väiksem purse Yellowstone'i järve kuju. Järve kirdeosas on palju suuri 500–2500-meetrise diameetriga vulkaanilisi kraatreid. Kolm järve põhjaosas asuvat kraatrit on maailma suurimad hüdrotermilised kraatrid. Need on 13 000 aasta vanune ja üle 2,5-kilomeetrise diameetriga Mary Bay kraater, 9400 aastat vana ja 1,6-kilomeetrise diameetriga Turbid Lake'i kraater ning umbkaudu 8000 aastat vana ja 700-meetrise diameetriga Elliotti kraater. Veel üks järve suuremaid kraatreid on 2900 aasta vanune ja 500-meetrise diameetriga kraater Indian Pond.