Das Herz des Old Faithful Geysirs

Er ist vermutlich einer der bekanntesten und meistbesuchten Geysire der Welt. Rund alle 90 Minuten werden Wasser und Dampf rund 40 m in die Höhe geschleudert. Seine Vorhersagbarkeit und die relativ kurzen Intervalle zwischen den Eruptionen machen den Old Faithful zu einer der beliebtesten Attraktionen des Yellowstone Nationalparks.

Old Faithful

Der Old Faithful Geysir bei einem Ausbruch. Eigenes Foto.

Mehrere Millionen Menschen besuchen Old Faithful jedes Jahr. Im Kontrast zu seiner Beliebtheit war die geologische Anatomie des Geysirs, die ihn mit hoher Regelmäßigkeit im Rhythmus von 44 bis 125 Minuten ausbrechen lässt, weitgehend unbekannt.

Eine Forschergruppe der University of Utah um Sin-Mei Wu hat dies nun geändert und das unterirdische Versorgungssystem des Old Faithful erforscht. Möglich wurde dies durch Daten aus einem dichten Netzwerk aus transportablen Seismometern.

unter Old Faithful

Unter dem Yellowstone Nationalpark liegen 2 Magmareservoire in 5 bis 40 Kilometern Tiefe, welche die vielen verschiedenen hydrothermalen Erscheinungen des Nationalparks antreiben. Darunter finden sich viele heiße Quellen und natürlich auch die Geysire, von denen unser Old Faithful der bekannteste ist. In gerade in der direkten Umgebung vom Old Faithful findet sich auch eine ausgedehnte touristische Infrastruktur mit mehreren Lodges, einem Besucherzentrum, Läden und Parkplätzen. Die überbauten Flächen können den Wärmestrom aus der Tiefe stauen. Um das Gebiet auch in Zukunft sicher touristisch bewirtschaften zu können, beauftragte der Nationalpark Service die Forschergruppe der University of Utah, die Umgebung des Geysirs zu erforschen.

Die Forschergruppe hatte bereits einige Erfahrung mit den Bedingungen unterhalb des Yellowstone Nationalparks. Während für die seismische Erkundung der tieferen Schichten auf die Wellen von Erdbeben zurückgegriffen werden kann, bereiten die oberen Schichten deutlich mehr Probleme. Hierfür muss die alltägliche Miksoseismik erfasst werden, deren Energien wesentlich schwächer sind. Dazu zählen neben den menschengemachten Erschütterungen (Verkehr etc.) auch diejenigen, welche von Wind, Wasser und natürlich den hydrothermalen Aktivitäten erzeugt werden.

seismische Erkundung

Die Forscher haben rund 30 permanente Seismometer im Gebiet des Nationalparks verteilt. Hinzu kommen noch 133 kleinere, mobile Seismometer im Gebiet um den Old Faithful, welche ursprünglich für die Öl- und Gasindustrie entwickelt wurden. Diese Geräte konnten seismische Signale erfassen, die rund 60 Minuten anhalten und durch jeweils 30 Minuten stille voneinander getrennt sind. Diese seismischen Aktivitäten sind eng mit den Eruptionen des Geysirs verbunden.

Die Ausbrüche stellen jedoch nicht den Höhepunkt dar, sonder sie erfolgen am Ende, kurz bevor alles wieder still wird. Etwas, das vielleicht viele Leute etwas verwundert, aber durchaus Sinn ergibt. Nach einer Eruption füllt sich das unterirdische Reservoir des Geysirs wieder mit heißem Wasser auf. Dabei steigen auch Dampfblasen mit auf. Während des Aufstiegs kühlen sie rasch ab und implodieren. Diese Implosionen erzeugen das seismische Signal, welches die Geräte aufzeichnen.

Old Faithful

Old Faithful vom overview point aus gesehen. Man kann neben dem Geysir sehr gut den bebauten Bereich mit dem Old Faithful Inn an der rechten Seite erkennen. Unter der Promenade mit den Besuchern befindet sich den seismischen Ergebnissen zu Folge das Reservoir, welches den Geysir speist. Eigenes Foto.

Signal und Rauschen

Um die empfindlichen hydrothermalen Systeme im Bereich des Old Faithful nicht zu stören, wurde auf die Erzeugung künstlicher seismischer Signale verzichtet. Die Forscher entwickelten einen Weg, aus dem seismischen Rauschen der  hydrothermalen Systeme Signale herauszufiltern. Dazu wurden quellnah aufgezeichnete Signale mit denen weiter entfernter Sensoren korreliert.

Auffällig ist, dass die seismischen Signale des Old Faithful die westliche Promenade nicht erreichen. Auch von der anderen Seite werden seismische Signale anderer hydrothermaler Systeme in diesem Bereich signifikant verlangsamt. Irgendwo im Bereich der westlichen Promenade befindet sich im Untergrund eine rund 200 m durchmessende Struktur, welche seismische Signale beeinflusst. Die Forscher vermuten, dass es sich hierbei um das hydrothermale Reservoir des Geysirs handelt. Das Volumen dieses Reservoirs wird auf ein Volumen von rund 300 000 m³ geschätzt. Bei jeder Eruption des Old Faithful werden zum Vergleich rund 30 m² in die Luft befördert.

Auch weiterhin sollen dem Yellowstone Nationalpark und seinen hydrothermalen Zonen die Geheimnisse entlockt werden. So können die bemerkenswert empfindlichen Strukturen besser  verstanden und geschützt werden.

Wu, S.-M., Ward, K. M., Farrell, J., Lin, F.-C., Karplus, M. & Smith, R. B. (2017). Anatomy of Old Faithful from subsurface seismic imaging of the Yellowstone Upper Geyser Basin. Geophysical Research Letters, 44. https://doi.org/10.1002/2017GL075255

Gunnar Ries studierte in Hamburg Mineralogie und promovierte dort am Geologisch-Paläontologischen Institut und Museum über das Verwitterungsverhalten ostafrikanischer Karbonatite. Er arbeitet bei der CRB Analyse Service GmbH in Hardegsen. Hier geäußerte Meinungen sind meine eigenen

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