黃石公園蒸汽船間歇泉噴發前、中、后期CH?和CO?擴散氣體排放

本研究使用了兩臺儀器來測量地表通量。

Eosense自動呼吸室(AC)被安裝在距離間歇泉約30米的地面上，在間歇泉和蓄水池泉之間。AC被編程為關閉15分鐘，允許氣體從地下逸出積聚，打開5分鐘沖洗一次，完成一個周期，期間共進行17次測試，其中噴發前完成了7次測量(包括前兆測量)，噴發后進行了10次測量。自動呼吸室(AC)通過管路連接到Picarro G2201-i CO₂、CH₄濃度及同位素分析儀，組成CRDS-AC通量及同位素觀測系統，該系統可以測量CH₄和CO₂的濃度及其碳同位素組成，δ¹³C-CH₄和δ¹³C-CO₂大約每4s測量一次。在濃度-時間曲線穩定1 - 2分鐘后的前3 - 4分鐘，用斜率乘以自動呼吸室(AC)內部體積和底座橫截面積的商來估算通量。CRDS儀器放置在多功能車(GorrillaCarts^®GORMP-12)上。在車上，由兩節12V直流深循環船用電池并聯連接，通過直流-交流電源逆變器為分析儀供電。

期間還使用了僅測量CO₂通量的單個便攜式呼吸室(PAC)。該PAC是一個閉路EGM-5便攜式CO₂氣體分析儀(PP Systems, Amesbury, MA)，腔室直接連接到分析儀，提供二氧化碳濃度的高頻繁測量(10赫茲)。使用線性模型計算CO₂通量。PAC系統在另外三個標有標記的位置進行移動測量，這增加了本研究期間測量的空間足跡。

雖然蒸汽船噴發的具體機制不能僅由氣體測量來支持，但通過整合收集的數據和先前發布的信息，這里共享了該系統的概念模型(圖5)。

大量證據表明，溫泉水起源于滲入并流經流紋巖的大氣水，以補給NGB和公園其他地方的間歇泉。從熱成因δ¹³C-CH₄特征和地幔樣δ¹³C-CO₂組成來看，系統中大部分氣體來源于深部。在兩次噴發之間，我們認為存在地幔氣體從深層源向上的穩態輸送(圖5a)。這些氣體溶解在水中，在含水層頂部溶解，向地表遷移，與淺層氣體混合，然后以恒定的速率從地表排出。

在距離蒸汽船間歇泉開口30 m處進行的光腔摔蕩光譜測量顯示，在2020年6月12日觀測到的一次噴發開始前約10-25分鐘，CH₄和CO₂的通量分別急劇下降58%和50%。這一證據表明，就在這次噴發之前，充滿氣體的水向間歇泉管道流動。同樣，CH₄ (δ¹³C-CH₄)和CO₂ (δ¹³C-CO₂)的前體碳同位素測量值(分別為- 35.7±2.1‰和- 6.2±0.4‰)明顯輕于非前體碳同位素測量值(- 27.5±0.3‰;?3.9±0.1‰)，δ¹³C在噴發開始后立即恢復到穩態值。熱水和天然氣的高估計平衡溫度表明，至少在470米深處有一個深源。之前的研究呼吁監測黃石間歇泉的氣體排放率，而這項研究為如何有效地進行彌漫氣體測量和研究提供了一個模型。