Учёные рассказали, что произойдёт, если Йеллоустон извергнется сейчас

Суперизвержение Йеллоустона может вызвать глобальный кризис выживания: нехватка продовольствия и разрушенные системы здравоохранения продлят опасность ещё долго после первых взрывов.

Около 631 000 лет назад — геологическое мгновение ока — катастрофа развернулась на территории нынешнего северо-запада Вайоминга, США. Во время того, что считается серией огромных вулканических извержений, жизнь в радиусе сотен километров от взрывов была уничтожена. Пепел разнёсся по большей части Северной Америки, а последствия ощущались по всему миру. Это было суперизвержение огромной вулканической системы, расположенной на территории нынешнего Йеллоустонского национального парка.

Несмотря на масштаб, ни один известный человек не стал свидетелем катаклизма. Насколько нам известно, ранние люди ещё не достигли континента. По другую сторону океанов, возможно, ранние люди и удивлялись более туманному небу и необычно ярким закатам. Вулканические частицы, циркулирующие в небе, охлаждали их климат и, вероятно, влияли на их погодные паттерны и жизнь. Заметили ли они эти изменения — или связали их с каким-то далёким событием — неизвестно.

Сегодня человечество обязательно заметило бы. Мы уже знаем, что суперизвержение такого масштаба было бы угрозой цивилизации, какой мы её знаем. Так что именно мы испытали бы, если бы Йеллоустон извергся? Мы эксперты по катастрофам и вулканам, и то, что следует далее, — это мысленный эксперимент о том, что могло бы произойти в худшем случае. Мы основывали свою гипотезу на исследованиях и на изучении того, как страны справлялись с катастрофами в последние годы.

Когда предупреждающие знаки Йеллоустона сходятся

Вскоре после 6 утра аналитик в Сейсмографических станциях Университета Юты видит серию резких пиков, прерывающих обычно спокойные волнистые линии, записываемые мониторами землетрясений Йеллоустона. Измерения представляют землетрясения, обнаруженные под Йеллоустоном за ночь. Учёный поднимает бровь и делает глубокий вдох — эти наблюдения не соответствуют обычному поведению Йеллоустона.

Люди часто представляют Йеллоустон спящим «супервулканом». Он может спать, но его геологические процессы никогда не спят. Массив инструментов мониторит его активность — и любые изменения в ней. Плотная сеть сейсмометров регистрирует землетрясения в регионе. Круглосуточно поступают данные от GPS-станций, деформометров (инструментов, измеряющих деформации и изменения формы земной коры) и датчиков, расположенных в его активных гейзерных зонах. Спутниковые наблюдения, отбор проб газа и полевые исследования добавляют множество дополнительной информации.

Учёные смотрят на количество землетрясений, а также их местоположение, глубину и размер. «Рои» землетрясений заслуживают особого внимания, особенно когда они, по-видимому, мигрируют через кору (твёрдую, внешнюю скальную оболочку Земли) или становятся постепенно более мелкими. Такие паттерны могут указывать на то, что магма или находящиеся под давлением гидротермальные флюиды (горячая, богатая минералами вода) движутся вверх.

Наш учёный с облегчением обнаруживает, что большинство необычных толчков крошечные — слишком слабые, чтобы их почувствовали. Но вместе они образуют необычно концентрированный рой. Аналитик проверяет сигналы по соседним сейсмометрам и, скорее из любопытства, чем из беспокойства, связывается с коллегами в нескольких партнёрских организациях, составляющих Йеллоустонскую вулканическую обсерваторию (YVO), чтобы следовать плану реагирования YVO.

Они делают вывод, что за ночь инструменты зафиксировали уплотняющийся кластер землетрясений под обширной кальдерой Йеллоустона, которая составляет примерно 55–70 километров в поперечнике. Йеллоустон переживает тысячи землетрясений каждый год, и рои не необычны. Но этот, по-видимому, мигрирует чуть-чуть вверх. И всё же рой землетрясений сам по себе не означает, что Йеллоустон готовится извергнуться, как и деформация грунта, изменение температур или выбросы газа. Учёные больше обеспокоены несколькими такими изменениями, происходящими вместе.

Команда учёных решает подождать и посмотреть, что произойдёт дальше.

Четыре недели спустя рой продолжил мигрировать вверх. Новые события также появляются вдоль узкой зоны под кальдерой, отмечает аналитик, который теперь потерял аппетит и к еде, и к осторожности и пишет отчёты, призванные быть тревожными. GPS-станции над роем начали расходиться. Измерения деформации увеличились, а спутниковый радар выявляет причину: обширная область ускоряющегося поднятия грунта.

Вместе наблюдения согласуются с магмой, пробивающей себе путь в кору — как это наблюдалось в таких местах, как Гавайи перед извержениями. Успокаивающе для сотрудников YVO, Йеллоустон и раньше производил аналогичные тревожные комбинации сигналов без последующих извержений. Между 2013 и 2014 годами части кальдеры начали подниматься со скоростью более 15 сантиметров в год, и сейсмическая активность возросла.

Это кульминировало землетрясением магнитудой 4,8 — крупнейшим, зарегистрированным в Йеллоустоне с 1975 года. Вскоре после этого поднятие сменилось опусканием (грунт двинулся вниз), и учёные заключили, что эпизод был связан с движениями гидротермальных флюидов, а не магмы.

Взрыв в бассейне Бисквит в Йеллоустоне был примером извержения, вызванного гидротермальным флюидом, а не магмой.

Помня о необходимости информировать публику, не вызывая ненужной тревоги, YVO реагирует осторожно. Дежурный учёный берёт на себя ответственность за оценку поступающих данных. Кроме того, развёртываются временные сейсмометры и GPS-блоки для получения более точных данных, а газ и вода отбираются чаще.

YVO начинает более тесную координацию со Службой национальных парков и органами управления чрезвычайными ситуациями, пересматривая закрытия дорог, публичные коммуникации и планы эвакуации. Возможно, зловеще, но чтобы перестраховаться, уровень вулканической тревоги Йеллоустона повышается с «нормального» до «консультативного», указывая, что беспокойство выше установленного фонового уровня.

Эти события достаточно тревожны, чтобы учёные начали размышлять о последствиях крупного извержения. СМИ проявляют интерес, но вулканологи усвоили, насколько разрушительным может быть, когда вулканические неопределённости превращаются в полномасштабный спор, разыгрываемый публично.

Учёные приватно обсуждают различия в интерпретациях, договариваясь о регулярных обновлениях для публики через брифинги для СМИ и посты в социальных сетях. По мере того как активность вулкана продолжает нарастать, высокопоставленные лица, принимающие решения, предупреждаются, что эта ситуация может стать крупной катастрофой. Вероятность того, что это произойдёт в течение трёх месяцев, возрастает с 6–9% до 21–27%.

Из-за неопределённостей политики не делают конкретных заявлений. Федеральное агентство по чрезвычайным ситуациям США тем не менее начинает разрабатывать планы крупномасштабной эвакуации. Они выражают уверенность публично, возможно, опасаясь в частном порядке, что худший сценарий может сделать попытки спасти всех безнадёжными.

Кто сможет спастись из Йеллоустона?

Объявляется зона эвакуации, простирающаяся на 100 километров за пределы Йеллоустонского национального парка, затрагивающая примерно 200 000 жителей, а также тысячи посетителей в регионе. Тема теперь доминирует как в традиционных, так и в социальных медиа. Внимание, вероятно, порождает как критиков, так и конспирологов. Первые утверждают, что ничего не произойдёт. Вторые распространяют дезинформацию о том, что YVO платят иностранные теневые миллиардеры, чтобы разрушить США, дабы другие страны могли контролировать мировую экономику.

Теперь, когда суперизвержение кажется неминуемым с высокой уверенностью, мировые лидеры приходят в действие. Они должны сделать выбор: помогать друг другу как глобальная деревня или повторить глобальное закрытие в стиле COVID-19.

Если они выбирают сотрудничество, то начинают эвакуации, перемещая людей так далеко, как нужно, — включая через международные границы. Это потребовало бы поддержки их адекватным жильём, водой, едой, электричеством и сообществом через школы, работу, транспорт и безопасность. Достижение всего этого кажется маловероятным, поскольку большая часть населения мира всегда этого не имела. Тем не менее у США есть деньги, навыки и товары, чтобы эвакуировать и переселить огромные числа, если лидеры будут сотрудничать и использовать всё доступное.

Более вероятно, многие страны могут быть сдержанными принять «вулканических беженцев», находя оправдания — возможно, законные — что у них нет денег, ресурсов или места, чтобы безопасно расселить так много людей так быстро. Они дополнительно растянуты теми, кто самоэвакуируется, имея более одного паспорта, а также богатство или социальную сеть, чтобы начать заново.

Благотворительные организации вмешиваются, чтобы помочь некоторым людям уехать на чартерных самолётах, а также через долгие, мучительные путешествия на переполненных поездах и автобусах. Самые маргинализированные и бедные могут не иметь иного выбора, кроме как остаться. Некоторые могут присоединиться к меньшинствам, которые не верят, что извержение произойдёт, которые думают, что их хорошо заполненные подземные бункеры защитят их (слишком оптимистичное убеждение), или которые предпочли бы умереть дома, чем жить в чужой земле с опустошённым миром.

От паровых взрывов до суперизвержения

В одно мгновение сейсмические инструменты перегружены интенсивным всплеском мелких землетрясений. Расширяющиеся облака пара поднимаются из вновь открывшихся трещин. YVO и USGS не имеют выбора, кроме как повысить уровень тревоги и коды авиационного цвета до красного: опасное извержение неминуемо.

Извержение не начинается со взрыва всей кальдеры сразу. Вместо этого поднимающаяся магма проникает в мелкую гидротермальную систему Йеллоустона, быстро испаряя огромные объёмы воды. При атмосферном давлении вода может расширяться в объёме примерно в 1700 раз при превращении в пар. Запертое под поверхностью, это быстрое расширение вызывает яростные, так называемые фреатомагматические взрывы, которые выбрасывают перегретый пар, грязь и раздробленные блоки породы на километры в воздух.

Человеческих жертв пока нет благодаря широким зонам исключения на земле и в воздухе. Дикой природе, скоту и растительности повезло меньше. В радиусе примерно 4–6 километров от первоначальных мест извержения ландшафт разрушается падающей породой, пеплом и грязью. За пределами зоны исключения люди наблюдают впечатляющий двухкилометровый шлейф, поднимающийся в небо, — но он быстро растёт, и любое чувство облегчения недолговечно.

Несколько часов спустя богатая газом магма, 650–800 °C по температуре — значительно выше точек плавления свинца и цинка — прорывается через треснувшую поверхность. По мере падения ограничивающего давления растворённые газы отделяются от расплава и яростно расширяются. Магма фрагментируется на пемзу (пористую породу) и пепел, отрывая огромные фрагменты окружающей породы со стенок извергающегося жерла.

Расширяющиеся газы и интенсивное тепло гонят этот материал вверх, создавая огромную эруптивную колонну, поднимающуюся на 30–50 километров в атмосферу — далеко выше коммерческих пассажирских самолётов, которые обычно летают на высоте до примерно 13 километров. В это ясное утро её верхние части видны из Денвера, примерно в 800 километрах.

По мере продолжения извержения и роста объёма выброшенного материала учёные понимают, что это может быть начальными стадиями суперизвержения VEI 8 (магнитуда 8 или выше) — высшей формальной отметки на шкале, используемой для измерения размера взрывных вулканических извержений. 74 000 лет назад человечество в последний раз наблюдало извержение такого масштаба — Тоба в Индонезии.

Огромное зонтичное облако, которое формируется, не ведёт себя как обычный пепловый шлейф, который просто дрейфует с преобладающим ветром. Его импульс изначально гонит пепел наружу во всех направлениях — распространяясь на сотни километров, прежде чем высотные ветры берут верх и несут мелкий пепел на тысячи километров по ветру в течение дня.

После нескольких часов непрерывного извержения части колонны обрушиваются, генерируя обжигающие пирокластические плотностные потоки (чрезвычайно горячие, быстро движущиеся смеси газа, пепла и обломков породы). Они устремляются на десятки километров, расщепляя деревья, поджигая леса и погребая остатки под горячим пеплом и пемзой.

Любой в этой зоне раздавлен взрывами, обожжён жарой или задохнулся пеплом. Может быть до 1000 немедленных человеческих смертей, включая людей, отказавшихся двигаться. Слишком опасно извлекать большинство тел. И даже если бы это было возможно, многие тела больше не существуют, чтобы быть извлечёнными.

За пределами основной зоны пирокластических плотностных потоков число жертв растёт из-за автомобильных аварий, когда водители теряют видимость или скользят из-за пепла, из-за проблем с сердцем и дыханием, а также из-за самоубийств. Пожары растительности, распространяющиеся за пределы непосредственной зоны горения, добавляют, возможно, сотни смертей от ожогов, вдыхания дыма и автомобильных аварий.

По мере продолжения выхода магмы части неподдерживаемого грунта опускаются, открывая новые трещины и жерла, одновременно питая дальнейшие эруптивные колонны и пирокластические плотностные потоки. В сотнях километров — в Денвере и вдоль канадской границы — тяжёлый пеплопад затемняет небо, блокирует дороги и нарушает энергоснабжение, водоснабжение и связь. Этот пепел опустошает сельскохозяйственные угодья по крайней мере в восьми штатах.

Дальнейшие немедленные смерти могут быть результатом потери электроэнергии, нарушающей движение и уличное освещение; сокращения медицинских услуг, включая хирургию и получение рецептов; и поражения электрическим током, пожара и отравления угарным газом при попытке установить и эксплуатировать домашние электрогенераторы. Мародёрство и рост преступности во время катастроф обычно редки, но это может произойти в более отчаянном худшем сценарии, добавляя к числу жертв.

В последующие дни извержение продолжается импульсами, поскольку части кальдеры обрушаются и открываются новые жерла. Последовательные обрушения колонн генерируют пирокластические плотностные потоки, а образующиеся отложения достигают нескольких сотен метров в толщину, как и при последнем суперизвержении.

Близлежащая инфраструктура разрушена и погребена под отложениями. Аэропорты закрываются, потому что пепел мешает самолётам, а другие транспортные сети дают сбои. Сообщества во всех штатах, граничащих с Вайомингом, сталкиваются с темнотой, трудностями дыхания и обрушением крыш под накопленным пеплом. По мере того как извержение в конечном итоге начинает ослабевать, диоксид серы высоко в атмосфере образует отражающие солнечный свет сульфатные аэрозоли, которые распространяются по Северному полушарию, влияя на мировой климат в течение нескольких лет.

Северная Америка под пеплом

Через три дня после начала извержения большая часть Северной Америки живёт в тени Йеллоустона. Каждый последующий мощный эруптивный импульс посылает очередную колонну на десятки километров вверх, откуда она распространяется в новое зонтичное облако.

В Вайоминге и соседних штатах условия катастрофические. Биллингс, Монтана, ближайший крупный город, исчезает под тем, что в конечном итоге превысит метр пепла (одна опубликованная модель суперизвержения Йеллоустона предсказывает, что город получит до 1,8 метра пепла). Солт-Лейк-Сити, Юта, и Бойсе, Айдахо, получают десятки сантиметров. Для южной Канады, большей части США и северной Мексики день становится сумерками, а дыхание на улице без масок становится всё труднее. Люди на других континентах наблюдают в трепете под яркими красно-оранжевыми рассветами и закатами.

В США электрические сети начинают отказывать. Предупреждения не были приняты во внимание, что влажный пепел проводит электричество, замыкая линии электропередач и подстанции. Пепел забивает механизмы и воздухозаборники генераторов. Его вес повреждает кабели и более слабые конструкции.

По мере отказа электричества отказывают водяные насосы, очистные сооружения, системы отопления, заправочные станции и сети мобильной связи и интернета. Люди напуганы, а полки супермаркетов пусты по всей стране, поскольку региональные и национальные цепочки поставок начинают разрушаться.

В последующие недели кризис становится кризисом выживания. Повторяющийся пеплопад блокирует дороги, перегружает дренажные системы и повреждает крыши. Во время дождя сухой пепел превращается в плотную пульпу, которая делает очистные работы труднее. Аэропорты остаются закрытыми или серьёзно нарушенными на большей части Северной Америки, в то время как железные дороги, грузовые депо и фермы с трудом работают. Скот и урожай гибнут там, где пастбища и водоснабжение погребены или загрязнены пеплом.

Большие районы вблизи Йеллоустона остаются эвакуированными, в то время как по всей территории США убежище, топливо, еда и чистая вода становятся всё более скудными. Некоторые страны доставляют гуманитарную помощь по воздуху, но также обеспокоены накоплением запасов для себя. Потери в сельском хозяйстве, транспорте и страховании — при закрытии многих других предприятий и услуг — могут заставить Канаду, Мексику и большинство стран Карибского бассейна и Центральной Америки объявить чрезвычайное положение. Это частично из-за прямого воздействия на эти страны, а частично из-за разрушений по всей территории США и людей, бегущих оттуда.

Нехватка продовольствия переживёт извержение

Несколько месяцев спустя извержения ослабли до периодических взрывов, но угроза возобновления активности сохраняется. Для миллионов катастрофа далека от завершения. Сухие, ветреные дни поднимают пепел обратно в воздух, в то время как дождь и снег превращают его в тяжёлое отложение, блокирующее стоки и повреждающее инфраструктуру. Раздражение глаз и горла широко распространено. Люди с астмой и другими респираторными заболеваниями сталкиваются с серьёзными рисками для здоровья в условиях сокращённых и перегруженных медицинских служб.

Водоочистные и электростанции с трудом справляются с загрязнением пеплом, отказами оборудования, нехваткой запасных частей и подавляющим спросом, нарушая жизненно важные медицинские и промышленные процессы. Урожай в наиболее пострадавших регионах погребён. Потеря американского и канадского экспорта зерна, кукурузы и сои гонит глобальные цены на продовольствие вверх.

Рейсы постепенно возобновляются в менее пострадавших районах, но аэропорты по всей Северной Америке неоднократно закрываются, когда ветры снова поднимают пепел. Ненадёжное воздушное пространство и транспортные сети — в сочетании с сельскохозяйственными потерями, нарушением бизнеса и затратами на восстановление — вызывают банковский и страховой кризисы, производя глобальную рецессию.

Тем временем атмосферные эффекты становятся глобальными. Большая часть вулканического пепла осела, но диоксид серы, введённый в стратосферу, производит сульфатные аэрозоли, которые отражают значительную долю солнечной энергии. Учёные называют это «эпизодом вулканического охлаждения», избегая термина «новый ледниковый период». Моделирование предполагает, что вряд ли это охладит глобальную среднюю температуру более чем примерно на 1,5 °C, хотя отдельные регионы и сезоны могут испытать гораздо большие изменения. Примечательно, что центральная часть Северной Америки остаётся значительно холоднее, чем до извержения.

В годы после извержения мир переходит к долгосрочному восстановлению и перестройке. Люди по всему миру адаптируются к более аграрному образу жизни, учась заполнять землю корнеплодами, зерновыми и бобовыми. С гораздо меньшим количеством свободного времени и уменьшенным доходом рекреационные объекты превращаются в производство продовольствия, в частности, в мелкомасштабные теплицы и вертикальное земледелие для производства разнообразных фруктов, овощей, орехов и бобовых.

Поголовье скота сокращается из-за нехватки земли и корма, открывая больше пространства для посевов. Люди, всё ещё употребляющие мясо, обычно либо охотятся на крупную дичь, либо ловят мелких птиц и млекопитающих. Разведение насекомых, как правило, доминирует в восстановлении птицеводческих или звероводческих хозяйств. Люди, живущие возле побережий, рек и озёр, наращивают рыболовство, быстро истощая запасы, пока в некоторых местах не вводятся ограничения, наряду с увеличением выращивания морских водорослей. Там, где правила не согласованы или не применяются, голод и миграция процветают.

Доступность пресной воды варьируется. Мировой климат изменился, обеспечивая обильные осадки в одних местах и иссушая другие. Крупномасштабные технологии водоочистки остаются известными и используемыми, но цепочки поставок химикатов и запасных частей ненадёжны. Многие люди разрабатывают локальные подходы и справляются, в то время как другие страдают от загрязнённой воды и болезней, включая холеру, лихорадку денге и малярию, как страдали миллиарды до извержения.

До извержения около 4,4 миллиарда человек из мирового населения в 8,3 миллиарда не имели полного, безопасного доступа к пресной воде. Десять лет после извержения возможно, что 4,8 миллиарда человек не имеют такого доступа к пресной воде, в то время как мировое население, возможно, сократилось до 7,9 миллиарда из-за всплесков смертности среди пожилых и младенцев.

Для выживших после извержения болезни и смерть всё ещё растут. Извержение вполне может предоставить существенные, долгосрочные доказательства канцерогенного уровня кремнезёма в пепле. Небольшое, но статистически значимое увеличение диагнозов как силикоза (необратимое заболевание лёгких), так и рака лёгких появляется от воздействия пепла, с аналогичными результатами для сердечно-сосудистых заболеваний у людей, вдыхающих частицы пепла.

Показатели, вероятно, выше измеренных, потому что системы здравоохранения по всему континенту были выведены из строя извержением и с трудом восстанавливались десять лет спустя. Хуже всего то, что отсутствие систем здравоохранения означает, что многие из диагностированных не могут быть пролечены должным образом. Излечимые диагнозы становятся смертельными.

Внутри зоны извержения следуют два десятилетия серого ландшафта. Он кажется почти безжизненным, с пеплом, превращающимся в яростные грязевые потоки, называемые «лахарами», в каждую бурю. Но растительность, начиная с лугов и переходя к лесам, возвращается на участки, уничтоженные взрывом, и люди следуют за ней. Эти новые пионеры превращают ландшафт в плодородное земледелие, помогая прокормить голодные populations.

Рассеянный пепел в конечном итоге оседает из атмосферы, позволяя солнечным лучам снова полностью светить на поверхность — возрождая сельское хозяйство и экосистемы. Это также возрождает страхи антропогенного изменения климата, несмотря на вызванное вулканом сокращение выбросов парниковых газов. Учёные усердно работают, чтобы определить, был ли глобальный климат сбит на новую траекторию — которая может быть лучше или хуже для человеческих существ — или тепло, запасённое в атмосфере и океанах от сжигания парниковых газов человечеством, снова заставит глобус быстро нагреваться.

Кроме того, учёные хотят подсчитать смерти, травмы и потери качества жизни. Анализы избыточной смертности могли бы предполагать 0,7–1,3 миллиарда преждевременных смертей из-за извержения и его последствий. Возможно, вдвое больше людей испытали временные или постоянные последствия для здоровья, но выжили, хотя некоторые скажут, что 100% человечества были напрямую затронуты.

Хорошая новость, по крайней мере для нашего вида, состоит в том, что эта неостановимая сила вулканизма изменила планету, но не положила конец человечеству — и даже близко к этому не подошла.

Вулканический шрам, забытая катастрофа

Существо спускается на Землю с гладкого космического корабля, всё ещё гуманоидное, но далеко ушедшее от своего предкового вида, Homo sapiens sapiens. Тиджзе (используемое местоимение) усвоило всю скудную информацию о древней «Земле» и любопытствует узнать больше.

Наиболее заметный материал — возникновение его первой технологической цивилизации чуть более миллиона лет назад. За этим последовало оставление планеты видом, когда она изменилась 140 000–160 000 лет назад — став выше, глаже, с более длинными конечностями и большими руками, головами и мозгом — уже утвердившись по всей галактике. В оставшихся преданиях повторяются мифы об эпизодах вышедшего из-под контроля изменения планетарной температуры, жарких и холодных, а также о серии вулканических взрывов, изменивших земной шар.

Тиджзе наблюдает, что растительность пышная, а H₂O в изобилии, обеспечивая обильную пищу и воду для причудливых животных и экосистем. Быстрое сканирование выявляет многое под поверхностью. Фактически, большой, примерно эллипсовидный хребет из породы выступает заметно под верхними слоями. Да, этот конкретный регион, радиусом около 24,3 ккурзота, определённо ниже обширных равнин за пределами впадины. Это, по-видимому, указывает на древнее вулканическое извержение. И чтобы оставить такой большой шрам, оно должно было быть гигантским.

Тиджзе искажает эквивалент лица в эквивалент хмурого выражения, когда раскрывается больше данных. Действительно, это определённо выглядит как кальдера. И возраст приближается к примерно миллиону лет (плюс-минус).

Источник:  https://earth-chronicles.ru/