Супервулканы: катастрофа неизбежна

Подобно тому как звёзды определённого размера обязательно становятся сверхновыми, извержения огромного масштаба — всего лишь вопрос времени.

Извержение супервулкана может начаться попросту из-за изменений, которые происходят в гигантских магматических камерах по мере остывания материала. Впервые учёным удалось описать механизм, стоящий за самыми масштабными извержениями на планете.

Геологи нашли немало остатков древних супервулканов, а также намёки на появление супервулканов в будущем. Пока счастливая звезда хранит человечество: ни одного подобного извержения в истории цивилизации ещё не было, и это более чем хорошо, ибо такие катаклизмы чреваты весьма неприятными последствиями, о чём даёт понять хотя бы Йеллоустон в Вайоминге, извергавшийся трижды в последние 2 млн лет (последний раз — 600 тыс. лет назад).

Вулканические бомбы замедленного действия взрываются раз в несколько сотен тысяч лет, выбрасывая в воздух огромное количество пепла. 2 млн лет назад Йеллоустон выбросил более 2 тыс. км³ материала — этого хватило бы на то, чтобы покрыть Лос-Анджелес слоем толщиной в полтора километра. Согласно расчётам, подобный катаклизм способен снизить среднемировую температуру на 10 ºC более чем на десять лет, то есть последствия ощутит весь мир: урожаи упадут, начнётся голод. Иными словами, извержение супервулкана сопоставимо по бедам с падением крупного астероида.

Между тем, как отмечает специалист по физике минералов Саймон Редферн из Кембриджского университета (Великобритания), механизм и причины таких извержений остаются неясными. Вулканы среднего размера живут по иным законам, извергаясь чаще и не так сильно. Тут картина выглядит более понятной: время от времени резкий приток расплавленной породы повышает давление в подземных магматических камерах, и материал ищет выход.

На этот раз исследователям показалось, что эксперименты и компьютерное моделирование наконец-то дали что-то значимое. Со временем плавучесть подземной магмы повышается, и в конце концов она по своим свойствам начинает напоминать пляжный мячик, который удерживают под водой. Как только мяч получает свободу, он не просто всплывает, а выпрыгивает из воды.

Вим Мальфэ и Кармен Санчес-Валле из Швейцарской высшей технической школы Цюриха с помощью синхротрона (ускорителя, генерирующего интенсивное рентгеновское излучение) измерили характеристики расплавленной породы в условиях магматической камеры в нескольких километрах под поверхностью планеты. На ускорительном комплексе ESRF эти условия воспроизвели: 1 700 ˚C, 36 тыс. атмосфер.

Чтобы накормить вулкан, нужна огромная магматическая камера. Цюрихские эксперименты показали, что по мере охлаждения магма отвердевает — и в ней образуются кристаллы, плотность которых больше, чем у окружающего материала. Они опускаются на дно камеры, и оставшаяся масса становится всё менее плотной. В конечном счёте магма (при соответствующем её количестве) становится настолько лёгкой, что десять километров твёрдой породы над ней уже не преграда: стремительно поднимающаяся магма оказывает на неё колоссальное давление.

Другая группа исследователей во главе с Лукой Карикки из Бристольского университета (Великобритания) провела компьютерное моделирование аналогичного процесса и пришла к такому же выводу о ключевой роли плавучести магмы.

Г-н Редферн указывает на то, что вулканы поменьше извергаются иначе: извержение следует непосредственно либо за повышением давления внутри камеры (в результате резкого поступления дополнительного количества магмы), либо за ослаблением внешнего давления (после землетрясения или из-за таяния ледников, как это было недавно в Исландии). Извержение же супервулканов — следствие постепенного накопления расплавленной породы, которая остаётся настолько горячей, что никак не отвердеет, то есть катастрофа — вопрос времени, неизбежная часть их жизненного цикла. Как звезда определённого размера обязательно станет сверхновой.

Результаты исследований опубликованы в журнале Nature Geoscience.

Подготовлено по материалам The Conversation.