Чилийские игнимбриты объяснили поведение супервулканов перед извержениями

Британские и американские геологи изучили породы чилийского супервулкана Оксайя и разработали модель поведения таких вулканов перед извержениями. Возраст цирконов и санидинов из миоценовых игнимбритов указал на разрыв в 4,6 миллиона лет между началом внедрения магмы в кору и первым суперизвержением Оксайя. Представленная модель объяснила, что магма копилась в коре несколько миллионов лет, а затем быстро переместилась на небольшую глубину, разрушая образовавшиеся ранее породы. Магматические очаги будущих суперизвержений росли всего пару тысяч лет. Исследование опубликовано в Nature.

Разрушительные извержения, которые вызывают глобальные изменения климата, часто имеют приставку «супер». Они выбрасывают более 1000 кубических километров пепла и способны вызвать похолодание в планетарном масштабе. Несмотря на катастрофические последствия, суперизвержения случаются сравнительно редко — каждые 20 000 лет на Земле происходит только один такой взрыв. Чтобы понять предпосылки и последствия суперизвержений, геологи обращаются к горным породам. Суперизвержениям предшествуют долгие периоды внедрения в кору крупных магматических тел, интрузий. Такое предположение было сделано в первую очередь на основе данных моделирования, но доказательств ранее не хватало.

Группа исследователей из Великобритании и Соединенных Штатов под руководством Марит ван Залинге (Marit van Zalinge) из Бристольского университета решила изучить эволюцию магматических систем супервулканов на примере провинции Оксайя. Она расположена в Центральных Андах на севере Чили и включает в себя игнимбриты миоценового возраста. Это мощные толщи обломков, которые осели из пепловых туч и спеклись. Объем чилийских игнимбритов превышает 2000 кубических километров. Геологи отобрали породы и продатировали аргон-аргоновым методом десятки фрагментов санидина, а с помощью уран-свинцового метода — кристаллы циркона. Затем для интерпретации данных была разработана модель внедрения магмы и роста интрузива за счет деформации коры.

Датировки санидина и циркона показали, что супервулкан Оксайя просуществовал почти восемь миллионов лет. Самыми древними в чилийских игнимбритах оказались унаследованные от родоначального расплава цирконы. Их возраст около 27,3 миллиона лет. Первое суперизвержение произошло 22,7 миллиона лет назад, последнее — 19,6 миллиона лет назад, то есть возраст отдельных кристаллов оказался на несколько миллионов лет старше первого извержения. Ученые утверждают, что такая ситуация может быть только при хранении санидина и циркона при температурах ниже 470 градусов Цельсия.

Геологи представили модель, которая объяснила эволюцию супервулкана Оксайя. Его магматическая система начала развиваться за 4,6 миллиона лет до первого суперизвержения. Магма поднялась на глубину 5–8 километров, где кристаллизовались первые цирконы и санидины. Интрузив рос со скоростью менее сантиметра в год, поддерживая температуру ниже 450 градусов Цельсия. Затем наступил этап эпизодических суперизвержений длительностью три миллиона лет. Магма быстро перетекала по трещинам в верхнюю часть коры, образуя неглубокую магматическую камеру. Очаг рос 2–4 тысячи лет, после чего начиналось суперизвержение. Во время взрыва остывшие породы интрузива дробились и попадали в извергающуюся магматическую камеру. Именно таким механизмом геологи объясняют находки старых минералов в более молодых игнимбритах.

Исследование показывает, что магма копилась в коре несколько миллионов лет, а затем быстро переместилась на небольшую глубину, разрушая образовавшиеся ранее породы. Магматические очаги будущих суперизвержений развивались всего за пару тысяч лет. Геологи отмечают, что эта реконструкция системы Оксай поможет определить места, у которых есть потенциал стать супервулканами.

Последствия суперизвержений давно волнуют геологов. Ранее было обнаружено, что последнее извержение Йеллоустона запустило две вулканических зимы, а выбросы индонезийского супервулкана Тоба 74 тысячи лет назад истощили озоновый слой.