Извержение супервулкана считается одной из наиболее опасных природных катастроф, которые могут уничтожить жизнь на нашей планете. За всю историю человечества таких событий было относительно немного, большинство из них относится к доисторическим временам, еще до возникновения письменности. Одно из последних произошло в 1815 году в Индонезии, когда вулкан Тамбора изверг в атмосферу 150-180 км3 пирокластов. Это далеко не самое сильное извержение вулкана, однако оно повлекло за собой кратковременное изменение климата, в связи с чем 1816 год среди историков известен как «год без лета».
Недавнее изучение физико-химических свойств фрагментов выброса супервулкана Лонг-Велли в Восточной Калифорнии, похоже, позволило узнать, что происходит с крупным вулканом за год до извержения. Хотя потенциально возможное предупреждение за год до катастрофы некоторым может показаться слишком коротким сроком, этого может хватить, чтобы все-таки попытаться подготовиться к нему.
Калифорнийская кальдера Лонг-Велли (по slavicsac.com)
Туф Бишоп ‒ обширное вулканическое образование, созданное при формировании кальдеры Лонг-Велли
Речь идет о недавнем прецизионном изучении вариаций физико-химических свойств в приповерхностных зонах микрокристаллов кварца из пемзы Туфа Бишоп, выброшенной во время суперизвержения калифорнийской кальдеры Лонг-Велли примерно 760 000 лет назад. Результаты исследования, выполненного доцентом Гильермом Гуальда (Guilherme Gualda) из Университета Вандербильта и геологом Стивеном Саттоном (Stephen Sutton) из Университета Чикаго, были описаны в статье «Год, ведущий к извержению супервулкана», опубликованной 20 июля с.г. в журнале PLoS, коротко об этом сообщается на www.sciencedaily.com.
«Эволюция гигантского магматического тела супервулкана характеризуется событиями, происходящими в различных временных масштабах», – утверждает Гуальда. «Необходимы десятки тысяч лет, чтобы сгенерировать достаточное количество эруптивной магмы. Однако процесс декомпрессии, сопровождающийся выделением газовых пузырей, и приводящий к извержению, начинается менее чем за год до предстоящего стихийного бедствия». Именно эта декомпрессия приводит к выявленным Гуалда и Саттоном специфическим изменениям структуры и свойств микрокристаллов кварца, главным образом за счет диффузии ионов титана с периферии зерна кварца внутрь.
 |
Один из 73 изученных в работе кристаллов кварца. Их средний размер‒один миллиметр в диаметре. Снимок предоставлен доцентом Гильермом Гуальда (Guilherme Gualda) из Университета Вандербильта (США) |
Авторы проанализировали десятки мелких кристалликов кварца из туфа Бишоп и отметили, что они имеют характерные каймы (толщиной<200 мкм), обогащенные титаном и обнаруживающие яркую катодолюминесценцию, интенсивность которой коррелирует с содержанием Ti. При этом использовалась микрорентгенофлюоресцентная методика (с синхротронным возбуждением) для получения карт количественного распределения Ti в объеме кристалла и по различным профилям, вдоль контакта каймы и внутренней частью кристалла с разрешением 1-5 мкм в каждом линейном измерении. Были получены также изображения периферийных участков кристаллов кварца в свете катодолюминесценции на сканирующий электронном микроскопе (SEM) с высоким разрешением (< 1 мкм по линейным направлениям). Этой методикой хорошо отбивается контакт каймы с внутренней частью кристалла. Именно она и была использована для оценки времен роста отдельных зон исследованных кристалликов, определяемых с использованием модели 1D для диффузии ионов Ti. Значения же скоростей роста были рассчитаны с использованием этих вычисляемых времен роста и измеренных по данным катодолюминесценции высокого разрешения толщин каймы.
Выяснилось, что значение максимального времени роста каймы находится в промежутке между 1 минутой и 35 годами, со средним значением около 4 дней. Более 70% значений времени создания каймы: менее 1 года. Полученные результаты показывают, что каёмки кварца интенсивно разрастались в течение года, предшествующего извержению. При этом основная часть роста осуществляется за недели или даже дни до катастрофического события.
Предполагается, что сильный рост оболочки кварцевых зерен отвечает высокому пересыщению по титану, знаменующему начало декомпрессии и переходу от преэруптивной к синэруптивной (to syn-eruptive) фазе вулканического процесса. Как считает Гуальда, период декомпрессии, вероятно, сопровождается расширением магматического тела, что может быть хорошо заметно на поверхности Земли. Конечно, необходимо изучать признаки нарастающей активности вулкана на поверхности, но ученый считает, что обнаруженные в работе на микроуровне признаки надвигающейся суперизвержения начнут ощущаться в течение года до извержения и они будут активизироваться по мере приближения этого события.
В истории нашей планеты известно немало суперизвержений. К их числу относится разрушительная деятельность супервулканов Таупо, Йеллоустоун, Тоба, Кампи-Флегрей. По мнению ученого, ни один из этих гигантов на данный момент не имеет достаточно расплавленной магмы для генерации суперизвержения. Вместе с тем, «они являются объектами, с которыми катастрофы происходили в прошлом и, скорее всего, произойдут в будущем», - полагает Гуальда.
P.S. Описанные выше результаты работы Гильерма Гуальда и Стивена Саттона основаны на использовании солидного арсенала методов физико-химического исследования минерального вещества и глубокой проработки большого массива материалов предыдущих геохимических, минералогических и геохронологических исследований различных авторов по вопросам генезиса структуры Bishop Tuff. Остроумный минералогический подход к оценке возможных временных интервалов, предшествующих извержению супервулкана, интересен, однако не ясно, как он должен осуществляться на практике. Для получения сколько-нибудь уверенного прогноза надвигающегося грозного события, видимо, должен осуществляться постоянный мониторинг в непосредственной близости от пышущего горячими парами вулкана с оперативным отбором представительной коллекции микрокристаллов кварца (судя по значительному разбросу характеристических времен роста каймы кристалликов потребовалось бы их десятки и даже сотни) и оперативным их детальным исследованием. Для корректного осуществления этих мероприятий естествоиспытателям, думается нам, может не хватить и года.
P.P.S. Туф Бишоп представляет собой обширную вулканическую структуру, созданную при формировании кальдеры Лонг-Велли около 760 тысяч лет назад. Во время ее извержения два массивных пирокластических потока покрыли огромные территории к северу и юго-востоку от кальдеры и образовали вулканическое плато площадью 2200 кв. км и толщиной от 150 до 200 метров (http://vulkania.ru/novosti/zemletryaseniya-vozle-kalderyi-long-velli-i-vulkana-klir-leyk.html)
Центр перспективного развития ВСЕГЕИ
Источники:
https://www.sciencedaily.com/releases/2016/07/160721105031.htm
http://prognoz.postimees.ee/3784517/na-to-chtoby-ubezhat-ot-izverzhenija-supervulkana-ostaetsja-menee-goda
http://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0159200 (https://www.plos.org/)
http://www.slavicsac.com/2015/05/25/long-valley-volcano/
Guilherme A. R. Gualda, Stephen R. Sutton. «The Year Leading to a Supereruption». Published on line PlOS, July 20, 2016.
