Взрывной характер. Чего ждать от супервулканов?

— Вулкан Тоба расположен в Индонезии, на острове Суматра, — начинает рассказ геофизик. — Самое недавнее его суперизвержение, которое произошло приблизительно 74 тысячи лет назад, называют наиболее катастрофическим вулканическим событием на Земле за последние несколько миллионов лет. Согласно новым данным, в воздух было выброшено около 2800 кубических километров пород. Это была чудовищная катастрофа, вызвавшая резкое изменение климата. Считается, что именно из-за экстремальных условий после этого извержения первобытный человек вынужден был напрячь все свои способности, чтобы выжить, что, возможно, и сделало его человеком разу­мным. 

Напомню, что категорию “супер” геологи присваивают вулканам, способным за одно извержение выбросить более 1000 кубических километров вещества в условном твердом эквиваленте. Крупнейшим документально зарегистрированным извержением был взрыв индонезийского вулкана Тамбора в 1815 году, объем которого составлял около 150 кубических километров. Гибель более чем 70 тысяч человек, “год без лета” — небывалое понижение температуры в Европе и Северной Америке, неурожай зерна, голод — таковы были его последствия. Что касается исландского вулкана Эйяфьятлайёкюдль, который в 2010 году заблокировал движение самолетов в Европе, то объем его извержения составил менее 0,01 кубического километра. Как видно, эти цифры несопоставимы с суперизвержением.

Наша цивилизация настолько уязвима, что даже относительно небольшое извержение может привести к серьезным последствиям и материальным потерям. Что говорить, если произойдет суперизвержение? Нам придется решать проблемы, связанные с изменением климата, освещенности, загрязнением атмосферы и т.д. Иначе говоря, человечеству придется заниматься выживанием.

На Земле известно несколько супервулканов, расположенных в разных точках планеты: Тоба, Йеллоустон, Таупо. Тоба среди них занимает особое положение. Считается, что за последний миллион лет суперизвержения этого вулкана происходили трижды (74, 500 и 840 тысяч лет назад). 

Почему суперизвержения периодически повторяются в этом месте, чем эта точка особенна? Возможно ли повторение сценария в виде нового суперизвержения? Если да, то когда это может произойти? Чтобы ответить на эти вопросы, нужно посмотреть на проблему шире: изучить с помощью различных методов геологии и геофизики не только сам вулкан, но и его окружение.

Супервулкан Тоба расположен над зоной субдукции — зоной погружения океанической литосферной плиты под континентальную. В самом факте активного вулканизма в зоне субдукции нет ничего особенного. В мире известны сотни вулканов, в том числе крупных, которые находятся в подобных зонах. Однако случай с Тобой имеет одно существенное отличие — в погружающейся плите Индийского океана вдоль подводного Хребта исследователей имеется крупная разломная зона, которая погружается в мантию непосредственно под вулкан. Эта зона разделяет участки литосферы различного возраста. Одна часть погружается в мантию круче, чем другая, в результате чего в плите образуется разрыв. 

Хребет исследователей напрямую связан с повторяющимся супервулканизмом Тобы. След от погружения этого разлома хорошо виден в гравитационном поле на разработанной нами модели гравитационного потенциала.

Гравитационный потенциал, а точнее, форма эквипотенциальной поверхности Земли, или, как ее еще называют, геоид, — важный геофизический параметр, дающий информацию о глубинном строении Земли. В океане геоид совпадает с поверхностью воды, а на суше рассчитывается как некоторая виртуальная поверхность. При наличии аномалий внутри Земли на поверхности геоида образуются “горы” и “впадины” с вариацией до 100 метров. Форма геоида измеряется с помощью спутников, которые из года в год обновляют информацию, делая ее все более детальной. 

Мы попытались обнаружить след погружающегося Хребта исследователей в гравитационном поле. Его относительно легкий материал удалось увидеть на трансформированной карте геоида не только в океанической части, но и в месте его погружения под Суматру на глубину около 150 километров. Такого рода эффекты выявлены впервые.

Что представляет собой этот разлом? Это “ослабленная” зона литосферы с трещинами, в которую затягивается большое количество воды из океана. В результате этот разлом при погружении привносит в мантию во много раз больше воды, чем недеформированная литосферная плита. 

Как это ни парадоксально звучит, но вода является наиболее взрывоопасным веществом на Земле. Все катастрофические извержения чреваты не столько излияниями расплавленной лавы, сколько взрывами, мощь которых определяется именно наличием воды в недрах под вулканом.

Попадая в разлом, вода преобразуется: входит в химические реакции, насыщает породы. При погружении в мантию вместе с плитой под воздействием давления и высокой температуры часть этой химически связанной воды выделяется из разлома на глубинах до 150 километров. Разрыв плиты на глубине дополнительно активизирует процесс выброса воды. Относительно легкая, она просачивается вверх, преобразуя породы мантии и понижая их температуру плавления. В результате вверх устремляется поток расплавленных пород, насыщенных водой. Эти расплавы скапливаются на подошве под континентальной корой. Они не могут продолжить дальнейший подъем, поскольку являются более тяжелыми, чем породы коры.

В итоге под Тобой на глубине 30-50 километров образуется горячий магматический резервуар, объем которого оценивается в 50 тысяч кубических километров. Построенные сейсмические модели показывают, что он точно совпадает с “вспучиванием” земной поверхности в районе Тобы на высоту более километра. 

Огромный резервуар служит одновременно “печкой” и источником большого количества флюидов (легких химических веществ в жидком состоянии). Летучие вещества достаточно легко проникают через кору и являются весьма эффективными переносчиками тепла. Они вызывают плавление пород в верхней коре, и, таким образом, на глубине 7-15 километров образуется второй магматический резервуар. 

Со временем флюидов и расплавов в верхнем резервуаре становится все больше, а температура продолжает увеличиваться. В какой-то момент часть жидких флюидов превращается в газ, катастрофически увеличиваясь в объеме. В результате в коре образуются новые трещины, по которым устремляются вверх расплавы, насыщенные флюидами, которые, в свою очередь, превращаются в газ. Возникает лавинообразная реакция, которая заканчивается взрывом.

Эта бомба замедленного действия заряжается десятки тысяч или, возможно, сотни тысяч лет. Покуда Хребет исследователей продолжает свое погружение, привнося аномальное количество воды в мантию, этот механизм — паровая машина вулкана Тобы — будет действовать. По наличию сейсмичности и по форме сейсмических аномалий в коре и мантии под Тобой мы можем сказать, что эта машина по-прежнему активна. Флюиды продолжают подниматься наверх, а в резервуаре в коре накапливается взрывоопасное вещество. Когда-нибудь этот процесс, скорее всего, вызовет очередное суперизвержение. Однако мы не можем предсказать, произойдет ли это через сто, тысячу или 100 тысяч лет. Естественно, что супервулкан Тоба как объект, представляющий глобальную опасность для человечества, должен находиться под пристальным наблюдением ученых.

По словам геофизика, суперизвержение не может произойти мгновенно, оно должно послать нам предупреждения, предвестники (землетрясения, деформации поверхности, изменения сейсмической структуры, выбросы газов и пр.), которые можно заметить за десятки лет до катастрофы. Этого времени будет достаточно, чтобы адаптировать существующие технологии, например, усовершенствовать конструкции самолетов или вывести устойчивые сельскохозяйственные культуры. 

— Остановить суперизвержение нельзя. Но мы на то и люди, чтобы выживать благодаря своим умственным способностям, предвидеть опасности и заранее минимизировать ущерб. Если наши предки 70 тысяч лет назад смогли с честью пройти через ужасные испытания, то и современный человек в случае глобальной катастрофы сумеет проявить свои таланты и пройти через трудный период с минимальными потерями, — подводит итог Иван Кулаков.