Le bruit sourd rythmique de cette source chaude de Yellowstone en fait un géothermomètre

Le parc national de Yellowstone est surtout connu pour Old Faithful, un geyser avec des éruptions périodiques assez prévisibles qui ravissent les touristes en visite. Mais il abrite également de nombreuses autres caractéristiques géothermiques comme Doublet Pool, une paire de sources chaudes reliées par un petit cou avec l’équivalent géothermique d’une impulsion. La piscine « cogne » toutes les 20 à 30 minutes, ce qui fait vibrer l’eau et faire trembler le sol. Des chercheurs de l’Université de l’Utah ont mesuré ces cycles de battement avec des sismomètres pour en savoir plus sur leur évolution dans le temps. Entre autres découvertes, ils ont découvert que les intervalles de silence entre les coups sont en corrélation avec la quantité de chaleur qui s’écoule dans la piscine, selon un nouvel article publié dans la revue Geophysical Research Letters.

« Nous savions que Doublet Pool cogne toutes les 20 à 30 minutes », a déclaré le co-auteur Fan-Chi Lin, géophysicien à l’Université de l’Utah. « Mais il n’y avait pas beaucoup de connaissances préalables sur ce qui contrôle la variation. En fait, je ne pense pas que beaucoup de gens réalisent que l’intervalle de frappe varie. Les gens font plus attention aux geysers.

Le système hydrothermal élaboré de Yellowstone est le résultat de l’interaction des eaux souterraines peu profondes avec la chaleur d’une chambre magmatique chaude. Le système compte quelque 10 000 caractéristiques géothermiques, notamment des évents à vapeur (fumeroles), des pots de boue et des terrasses en travertin (roche blanche crayeuse), ainsi que des geysers et des sources chaudes.

Dans le cas des geysers, les hautes pressions empêchent l’eau profonde de déborder. Mais à mesure que l’eau chaude monte, la pression diminue et des bulles de vapeur se forment, se dilatant jusqu’à ce qu’elles soient trop grosses pour passer à travers le conduit étroit du geyser près de la surface. Finalement, les bulles atteignent un seuil critique et le geyser commence à déborder. La pression chute brusquement et l’eau bout, produisant de grandes quantités de vapeur qui forcent un jet d’eau chaude hors de l’évent lors d’une de ces éruptions qui plaisent à la foule. Et puis le cycle recommence.

En revanche, la plupart des sources chaudes maintiennent un équilibre hydrodynamique assez stable. L’eau surchauffée se refroidit lorsqu’elle atteint la surface, coule et est remplacée par de l’eau plus chaude d’en bas, de sorte que l’eau n’atteint jamais la température requise pour déclencher une éruption. Cependant, certaines sources chaudes, comme Doublet Pool et Iodine Pool en Nouvelle-Zélande, ont ces mystérieux coups périodiques qui ressemblent au modèle d’éruption périodique d’un geyser : lorsque des bulles de vapeur d’eau chauffée atteignent les parties supérieures froides du conduit, elles s’effondrent soudainement avec un bruit sourd. .

En étudiant Doublet Pool, Lin et ses co-auteurs espéraient en savoir plus sur les processus hydrothermaux dynamiques de Yellowstone. Ils voulaient spécifiquement explorer ce qui contrôle les variations qui se produisent pendant l’éruption du geyser ou les cycles de battements de sources chaudes, ils ont donc décidé de se concentrer sur la mesure des intervalles de silence entre les battements. De l’automne 2015 à novembre 2021, ils ont mené plusieurs expériences d’échantillonnage avec des géophones installés près de Doublet Pool. Ils ont également collecté des données de température en novembre 2021 et des données de pression pour surveiller les changements des niveaux d’eau pendant quatre jours en avril 2022.

Lin et al. ont constaté que les intervalles de silence variaient non seulement d’année en année, mais d’heure en heure ou de jour en jour. Par exemple, l’intervalle était d’environ 30 minutes en novembre 2016 mais de seulement 13 minutes en septembre 2018, passant à environ 20 minutes en novembre 2021. Il se trouve que le 15 septembre 2018, Ear Spring à proximité a éclaté pour la première fois depuis 1957. , et ensuite, l’eau de Doublet Pool a bouilli. Toute cette chaleur et cette pression avaient diminué en 2021, selon les auteurs, de sorte que l’intervalle de silence de Doublet Pool a commencé à revenir à sa durée normale de 30 minutes.

Quant aux variations journalières et horaires, les auteurs suggèrent qu’il pourrait y avoir une corrélation avec la vitesse du vent. Des vitesses de vent plus élevées semblent corrélées à des intervalles de silence plus longs, ce qui signifie que le vent retire en quelque sorte l’énergie thermique de l’eau, un peu comme si on soufflait sur une tasse de café chaud. « En ce moment, nous traitons la piscine comme un système complet, ce qui signifie que l’énergie retirée de la surface rend plus difficile pour le système d’accumuler suffisamment d’énergie pour cogner », a déclaré Lin. « Une possibilité est que la piscine convection activement, de sorte que le refroidissement près de la surface peut affecter le fond de la piscine dans un délai relativement court. »

Les auteurs ont également pu calculer le taux de chauffage et la quantité de chaleur nécessaire pour déclencher le bruit sourd à Doublet Pool : environ 3 à 7 mégawatts d’énergie, soit l’équivalent de la production d’énergie de 100 fournaises domestiques. Ceci, à son tour, leur permet d’utiliser l’intervalle de silence comme un thermomètre, mesurant la quantité de chaleur entrant dans la piscine. (Plus de chaleur équivaut à des intervalles plus courts.)

DOI : Geophysical Research Letters, 2023. 10.1029/2022GL101175 (À propos des DOI).

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