Вулкан Иото 2700 лет назад выбросил пепел до Китая и Кореи, но не оставил следа в ледниках: разгадка — в химии магмы

С 27 октября вулкан Иото к югу от Японии снова извергается — из того же места у юго-восточного берега острова, что и в 2023 году. Пока извержение слабое: выбросы пара и магмы строят конус из туфа и выбрасывают раскалённый материал. Главная опасность в том, что оно может усилиться и запустить процесс, ведущий к обрушению кальдеры. Чтобы понять, чем это грозит, стоит разобраться с прошлым вулкана — около 2700 лет назад он уже пережил катастрофу такого масштаба.

Иото лежит у южного конца дуги Огасавара (её называют также дугой Бонин) — цепи в основном подводных вулканов, возникших там, где океаническая литосфера Тихого океана уходит под океаническую литосферу Филиппинской плиты. Для островного вулкана у него редкий состав: он попадает в щелочную область, извергая трахиты и трахиандезиты. Так он входит в узкий клуб известных вулканов главной дуги со щелочными породами — вместе с некоторыми вулканами Италии, Толбачиком и Тамборой.

Остров растёт не за счёт извержений, а за счёт поднятия, вызванного накоплением магмы под поверхностью. За последние 2700 лет центральная часть кальдеры поднялась на несколько сотен метров, возможно, больше чем на 300. За это время под вулкан поступило определённо больше 10 кубических километров магмы, а вероятно, больше 20. За последние 10 лет скорость поднятия на части острова достигала около метра в год — темп, которому могут позавидовать другие кальдеры планеты. Из-за этого Иото считают главным кандидатом на следующее крупное кальдерообразующее извержение на Земле.

Датировать прошлое извержение помогли две радиоуглеродные пробы из самих отложений — внешнее кольцо обугленной древесины и обугленная веточка. Калибровка даёт 95,4% вероятности, что извержение произошло в одном из четырёх интервалов: 795–752, 683–668, 632–623 или 612–592 годы до н. э. Наибольшая вероятность приходится на годы около 780–770 до н. э. Разброс связан с тем, что дата попадает на плато Халльштатт — участок калибровочной кривой 800–400 годов до н. э., где концентрация углерода-14 в атмосфере падала и даты разных образцов почти неразличимы.

Второй ключ нашёлся в другом месте. Слой так называемого криптотефры — пепла, который не виден глазом, но определяется лабораторно, — проследили в трёх точках: в озере Суйгецу в Японии, на острове Чеджу в Южной Корее и в озере Хугуанъянь в Китае. Это трахитовый пепел, и по возрасту, и по химии он совпадает с отложениями Иото: по средним составам они почти идентичны. Значит, все три слоя — след одного события, кальдерообразующего извержения Иото. Показательно, что ни одна из трёх групп, нашедших этот пепел, не связала его с Иото, хотя данные о нём уже были.

Запись в озере Суйгецу даёт свой возраст — 787–670 годы до н. э., и он надёжен. Вместе с радиоуглеродными датами это оставляет почти наверняка только два интервала: 787–752 или 683–670 годы до н. э. — очень узкое окно для поиска в ледяных кернах.

И тут возникает загадка. Извержение создало кальдеру шириной около 10 километров, отложило слой пирокластических потоков толщиной 80 метров и засыпало пеплом Китай, Японию и Южную Корею. Но в ледяных кернах Гренландии и Антарктиды в этих узких окнах нет вообще никаких мощных вулканических сигналов — все они слабее извержения Пинатубо. Самый сильный сигнал, который мог бы иметь отношение к Иото, — событие 572 года до н. э., но радиоуглеродные даты почти исключают такую возможность, как и датировка осадков Суйгецу.

Объяснение — в химии магмы. Чем сильнее преобразована магма, тем хуже в ней растворяется сернистый газ; у трахитов и риолитов растворимость очень низкая. Если газ выделился и долго хранился у поверхности в неглубокой камере, он мог уйти и истощиться ещё до извержения. Похожая картина у извержения Чанбайшань, которое почти достигло семи баллов по шкале вулканических извержений, но практически невидимо в кернах обоих полушарий, и у отложений Таупо и Илопанго. Другой фактор — море: часть сернистого газа могла сразу прореагировать с водой, образовав серную кислоту. Наконец, обрушение кальдеры могло быть неглубоким, а объём извержения — меньше, чем предполагает кальдера шириной 10 километров.

Самый вероятный кандидат в кернах — событие 769 года до н. э. в данных со Южного полюса. Сульфатный сигнал у него скромный, амплитудой около 40 миллионных долей, зато необычно сильное падение концентрации нитратов. Такие падения сопровождают крупные извержения, а особенно — подводные: хлористый водород из взаимодействия магмы и морской воды разрушает озон, больше ультрафиолета доходит до стратосферы и уничтожает нитраты. Это совпадает с годами наибольшей вероятности радиоуглеродной даты.

Для будущего это скорее хорошая новость: те же факторы, из-за которых извержение 2700 лет назад не оставило мощного сульфатного сигнала, могут сработать и при повторе. Главная угроза — не глобальное похолодание, а уничтожение самого острова вместе со всеми, кто на нём окажется, и цунами неясной и переменной силы. В обитаемых островах Огасавара они будут разрушительными и опасными для жизни; насколько далеко они дойдут, неизвестно.

Сейчас извержение продолжается на низком уровне, и пока оно таким остаётся, вулкан должен быть стабилен. Но ситуация может измениться быстро. Один из сценариев — возобновление поднятия: тогда магма останется под землёй и эскалация отложится, хотя в последние годы первые магматические извержения уже шли с обеих сторон острова, и вулкан, похоже, с трудом удерживает магму внутри. Другой — затяжная активность низкой интенсивности, например излияние лавы и рост лавовой платформы; для трахитовой магмы в окружении воды, уже проложившей себе канал, это маловероятно, но полностью исключить нельзя. Третий — взрывной разгон: рано или поздно, через недели или десятилетия. Достаточно, чтобы магма набрала инерцию в канале и начался пароксизм. Дальше включаются обратные связи: механическая эрозия стенок канала расширяет его и ускоряет подъём, что делает извержение ещё более violent. Если просадка вулкана достаточно сильна, начнётся образование кольцевого разлома, а с ним — фаза пирокластических потоков: линия взрывных жерл вскроет кольцевой сброс кальдеры, и остров перестанет существовать в мгновение ока.

Остаётся вопрос: если у Иото уже есть кальдера, накопленная магма и скорость поднятия около метра в год, — что именно должно произойти в канале, чтобы извержение перешло из нынешнего слабого режима в неуправляемый разгон, и успеют ли наблюдения зафиксировать этот переход до того, как он станет необратимым?