Давно существующая теория вулканических извержений может оказаться ошибочной

Если спросить любого вулканолога, что запускает извержение, большинство ответит, что дело в газовых пузырьках. Долгие годы считалось, что сильные извержения происходят, когда углекислый газ и водяной пар выделяются из поднимающейся магмы, напоминая шипение открытой бутылки шампанского. Но анализ древнего извержения в Японии показывает, что ученые, возможно, ошибались: причиной могут быть пузырьки, возвращающиеся обратно в магму, пишут исследователи в журнале Nature Communications. 

«Это новая парадигма или, как минимум, иной взгляд на то, как газ может способствовать извержениям», — отмечает Оливье Бахманн, вулканолог из ETH Zürich. Газовые пузырьки традиционно считались основным ускорителем извержений, но возможны и другие механизмы. Смешение разных потоков магмы способно дестабилизировать систему. Закупорки и крышки в вулканических каналах со временем ослабляются. Внешние воздействия — землетрясения, изменения тектонических напряжений или приток грунтовых вод — тоже влияют на активность вулкана.

Подземные магматические камеры сложно изучать напрямую, поэтому ученые используют минералы из выброшенных пород. Одним из таких минералов является апатит. При росте кристаллов апатит фиксирует элементы, такие как хлор и фтор. Поскольку эти вещества легко превращаются в газ, их наличие показывает, был ли газ в магме. Апатит также содержит металлы, например магний, концентрация которого меняется с течением времени и позволяет отслеживать развитие магмы. Таким образом, химический состав кристалла действует как геологический архив, сохраняющий историю магмы на протяжении всего жизненного цикла. Бахманн отмечает, что апатит способен «запомнить всю историю» извержений и раскрыть секреты магматических камер.

Франциска Келлер из Тринити-колледжа в Дублине изучила апатит в породах кратера японского вулкана Асо, одного из крупнейших в мире. По радиоактивному датированию аргона Келлер выделила образцы, относящиеся к последнему крупному извержению Асо около 86 000 лет назад и к меньшему извержению примерно 5000 лет назад. В старых породах кристаллы апатита показали наличие пузырьков, как и ожидалось. Но в породах, относящихся к крупному извержению, следов пузырьков не обнаружилось. «Большинство предполагает: „Пузырьки появляются и увеличиваются со временем“», — говорит Келлер. «Но обратный процесс никто толком не рассматривал».

Келлер и коллеги провели моделирование давления в вулкане с учетом свойств магмы и газа, зафиксированных в апатите. Лучшее объяснение переворачивает традиционные представления. Извержение начинается, когда свежая магма под высоким давлением поступает из недр вулкана. По мере подъема давление падает, что приводит к образованию крошечных газовых пузырьков. С 1980-х годов считалось, что они увеличивают объём магмы и давление до извержения. Команда Келлер предлагает иной механизм: важнее сжимаемость магмы. Пузырьки увеличивают объём, но делают магму более податливой к ограниченному пространству. Если пузырьки поглощаются обратно, магма теряет сжимаемость, давление растет, и извержение происходит.

«Сначала эта идея кажется логичной», — отмечает Кэтрин Аннен из Института геофизики Чешской академии наук. Ее исследования показали, что пузырьки формируются медленно, что заставляет сомневаться в их решающей роли, как в «скороварке». Фил Шейн из Оклендского университета подчеркивает, что требуется больше данных, прежде чем полностью пересмотреть роль пузырьков, так как извлечь количество древнего газа из апатита крайне сложно. «В основе выводов лежат допущения», — говорит он. Со временем теория с обратным поглощением пузырьков может оказаться «так же обоснованной, как классическое объяснение извержений».

Келлер планирует проверить свою гипотезу на других вулканических участках и сотрудничать с учеными, изучающими признаки приближающегося извержения. Исчезающие пузырьки могут быть важны для крупных, редко извергающихся вулканов, таких как Асо. «Малые системы, как в Исландии, извергаются часто, а большие вулканы остаются почти неподвижными, но однажды вновь активизируются», — отмечает Келлер.

Читайте также: