Учёные раскрыли два совершенно разных сценария извержений вулкана Этна

Один и тот же вулкан способен пробуждаться по совершенно разным сценариям. В одном случае магма может неделями находиться недалеко от поверхности, постепенно теряя газы, а в другом — подняться с глубины около 30 километров всего за несколько часов. К такому выводу пришла международная группа исследователей под руководством Корнельского университета.

Учёные реконструировали процессы, предшествовавшие двум древним мощным извержениям вулкана Этна на итальянском острове Сицилия. Результаты показали, что скорость движения магмы и характер извержения во многом зависят от содержания летучих веществ, прежде всего углекислого газа и воды. Понимание этих механизмов может помочь создавать более точные модели вулканической активности и лучше оценивать риск будущих извержений.

Газы управляют движением магмы

Магма под вулканом содержит растворённые газы, которые при снижении давления начинают выделяться и образовывать пузырьки. Этот процесс можно сравнить с открыванием бутылки газированного напитка: если давление падает быстро, газ стремительно расширяется и выталкивает содержимое наружу. Наиболее важными летучими веществами в магме считаются вода и углекислый газ.

Ранее основное внимание вулканологи уделяли воде, однако последние исследования показывают, что высокая концентрация CO₂ также способна приводить к чрезвычайно быстрому подъёму магмы и мощному взрывному извержению. Чтобы выяснить, что происходило под Этной тысячи лет назад, учёные исследовали микроскопические включения жидкости, расплава и газа, сохранившиеся внутри кристаллов. Размер некоторых пузырьков составляет лишь небольшую долю толщины человеческого волоса. С помощью рамановской спектроскопии исследователи измерили плотность углекислого газа внутри этих включений. Затем по полученным значениям они рассчитали давление и определили глубину, на которой находилась магма до начала извержения.

Извержение 122 года до нашей эры готовилось неделями

Первым объектом исследования стало мощное извержение Этны, произошедшее в 122 году до нашей эры. Оно относится к редкому типу чрезвычайно взрывных событий, связанных с относительно текучей базальтовой магмой. Анализ показал, что первоначально магма начала подниматься примерно с 22-километровой глубины. Однако она не направилась сразу к поверхности, а остановилась в неглубоком подземном резервуаре — приблизительно в двух–пяти километрах от земли.

Там магма провела не менее трёх недель и постепенно теряла растворённые газы. Одновременно внутри неё образовывались мелкие кристаллы, увеличивавшие вязкость вещества. В результате движение пузырьков затруднилось, давление стало накапливаться, и в конечном итоге произошло мощное взрывное извержение. Таким образом, его причиной мог стать не стремительный подъём насыщенной газом магмы, а длительная перестройка её свойств в относительно неглубокой части вулканической системы.

Второе извержение началось с глубины около 30 километров

Совершенно другой сценарий учёные обнаружили при изучении извержения Fall Stratified, произошедшего около 4000 лет назад. В этом случае магма находилась на глубине примерно от 24 до 30 километров и содержала значительно больше летучих веществ. Концентрация углекислого газа в отдельных включениях достигала 9600 частей на миллион, а содержание воды — 6,3%.

Высокая насыщенность газами обеспечила чрезвычайно быстрый подъём магмы из глубоких слоёв. По расчётам исследователей, скорость могла достигать 17,5 метра в секунду. Весь путь к поверхности занял не недели, а всего несколько часов. Главной движущей силой такого извержения, вероятно, стал углекислый газ, который начинает выделяться из магмы на большой глубине. Расширяясь по мере снижения давления, он ускорял её подъём, не позволяя надолго задержаться в промежуточных резервуарах.

Один вулкан — несколько источников опасности

Сравнение двух событий показало, что мощные взрывные извержения Этны могут развиваться совершенно разными путями. В одном случае магма долго находится возле поверхности, меняет свою структуру и постепенно накапливает давление. В другом богатый углекислым газом расплав почти без остановки поднимается из глубинных частей вулканической системы. Это различие имеет большое значение для оценки вулканической опасности. Медленный сценарий теоретически может сопровождаться признаками, заметными в течение нескольких недель. При стремительном подъёме насыщенной CO₂ магмы времени на предупреждение может оказаться значительно меньше. Однако результаты исследования пока не позволяют точно предсказывать дату следующего извержения.

Они помогают определить процессы, на которые необходимо обращать внимание: глубину образования магмы, скорость её движения, состав выделяющихся газов и возможное накопление расплава в неглубоких резервуарах. Теперь учёные применяют разработанный метод для изучения вулканов Чили, Гавайев и других регионов. Если подобные исследования провести на большом количестве активных вулканов, специалисты смогут построить более реалистичные физические модели извержений и улучшить системы оценки риска. Источник: [исследование в журнале Geochemistry, Geophysics, Geosystems]

• Цунами в Средиземном море: почему побережье Ниццы готовится к возможной эвакуации
• Весенние штормы в Северной Атлантике стали значительно чаще: ученые связывают это с изменением климата
• Антарктический ледник Хектория отступил на 25 километров всего за 15 месяцев
• Учёные предупреждают: тропические циклоны несут угрозу здоровью даже после стихания шторма
• Тропический шторм «Мелисса» угрожает Карибам: островам грозят проливные дожди и наводнения
• Ошибка в понимании углеродного цикла: Земля может «перекорректировать» потепление в новый ледниковый период
• Ученые обсуждают возможность ядерного удара по астероиду, угрожающему Луне
• Учёные определили критическую точку для ледяного щита Гренландии