Самое взрывоопасное вещество на Земле

Ученые выяснили, как работает супервулкан Тоба

Озеро в кратере вулкана Тоба в Индонезии. Фото: Karpov Oleg/Фотодом/Shutterstock

Стоит ли бояться извержений супервулканов, что заставило немцев изобрести велосипед, как связаны вулканы и Смутное время и какое вещество на Земле самое взрывоопасное, «Чердаку» рассказал Иван Кулаков, заведующий лабораториями Новосибирского госуниверситета и Института нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН.

Супервулканами геологи называют вулканы, которые за одно извержение выбрасывают более 1000 кубических километров вещества. При таких извержениях происходит взрыв земной коры, в результате которого на поверхность и в атмосферу выбрасываются горные породы, пыль и газ, но почти совсем не извергается лава.

Сейчас на Земле есть три крупных супервулкана, которые взрывались на протяжении последнего миллиона лет и от которых можно ожидать активности в будущем.

«Тоба — самый крупный из них, он извергался последний раз 74 тысячи лет назад, и, я думаю, еще пару сотен тысяч лет он будет «спать». Затем идет Йеллоустон. Он извергается с периодом около полумиллиона лет, с момента последнего извержения уже прошло 600 тысяч лет, так что он может рвануть в любой момент. Наконец третий вулкан — это Таупо, который извергался последний раз 26 тысяч лет назад», — рассказал Иван Кулаков.

Интерактивная карта супервулканов, извергавшихся за последние 2,5 миллиона лет. Нажмите на картинку, чтобы ее открыть


Чем опасен супервулкан

Вулкан Тоба находится в Индонезии на острове Суматра. Считается, что за последний миллион лет вулкан извергался трижды: 74, 500 и 840 тысяч лет назад. Во время своего последнего извержения вулкан выбросил около 2800 кубических километров пород. В воздух попало огромное количество двуокиси серы и пепла, которая закрыла планету от солнечных лучей. В результате температура на планете упала на 5—15 градусов, период похолодания занял от трех до шести лет.

О том, какие последствия может иметь такое извержение для человеческой цивилизации, можно судить по более слабым извержениям, которые происходили относительно недавно. Например, в 1815 году произошло извержение другого индонезийского вулкана — Тамбора, объем его выбросов составил 150 кубических километров.

После извержения Тамборы в Германии в июне лежал снег. Считается, что велосипед изобрели как раз в это время, потому что лошади мерли от голода, а ездить на чем-то было нужно.


В истории России, возможно, сыграло роль извержение вулкана Уайнапутина с объемом извержений 30 кубических километров. Оно произошло в Перу в 1600 году, а на следующий год в России случился неурожай. Он привел к Великому голоду, который продолжался три года и внес свою лепту в хаос Смутного времени.

«Даже из-за маленького извержения в Исландии в 2010 году объемом всего 0,01 кубического километра на несколько дней пришлось отменить все авиарейсы над Европой. Можно попытаться представить себе, что будет при извержении объемом около 3000 кубических километров», — пояснил Иван Кулаков.

Самое взрывоопасное вещество

«Что является самым взрывоопасным веществом на Земле? Люди обычно называют динамит или атомную бомбу, а на самом деле самое взрывоопасное вещество — это вода», — рассказал исследователь.

Вулкан Тоба расположен в зоне субдукции — там, где литосферная плита Индийского океана уходит под континентальную Евразийскую. Образование вулканов в таких зонах — обычное явление. Однако в Индийской океанической плите есть разлом, разделяющий два сегмента литосферы различного возраста. При погружении под Суматру эта разломная зона «затягивает» в земную мантию больше воды в составе водосодержащих минералов, чем целая и невредимая литосферная плита.

В мантии, на глубинах около 150 километров, часть этой воды выделяется под воздействием давления и высокой температуры. Разрыв плиты на глубине дополнительно стимулирует этот процесс. Вода просачивается вверх, понижая температуру плавления мантийных пород, через которые проходит. В результате вверх устремляется поток расплавленных пород, насыщенных водой, и под вулканом на глубине 30—50 километров образуется горячий магматический резервуар объемом в 50 тысяч кубических километров. Форма этого резервуара, полученная авторами с помощью сейсмического моделирования, почти идеально совпадает с областью «вспучивания» земной поверхности, которая поднимается вокруг вулкана более чем на километр.

Этот резервуар служит одновременно «печкой» и источником большого количества жидких летучих веществ, в основном воды и углекислоты. Они проникают через кору и переносят тепло, вызывая плавление пород в верхней коре, в результате чего на глубине 7—15 километров под вулканом образуется второй магматический резервуар.

Со временем летучих веществ и расплавов в верхнем резервуаре становится все больше, а температура продолжает увеличиваться. В какой-то момент часть летучих веществ превращается в газ, одновременно резко увеличиваясь в объеме. В коре образуются трещины. По ним вверх устремляются расплавы, насыщенные водой и углекислотой, которые, в свою очередь, превращаются в газ. Возникает лавинообразная реакция, которая заканчивается взрывом.

Накопление резервуара магмы и извержение вулкана Тоба
Накопление резервуара магмы и извержение вулкана Тоба. Иллюстрация: Иван Кулаков


«Есть надежда, что суперизвержения происходят не внезапно. У такого масштабного события должны быть явные предвестники, которые можно будет заметить за десятки, а может быть, даже за сотни лет: землетрясения, «дрожание» и деформация земной поверхности. Сейчас это все есть: спящий вулкан как будто дышит, и поверхность над ним ходит вверх-вниз. Но когда он начнет просыпаться, это будет выглядеть по-другому, хотя никто толком не знает, как именно, поскольку суперизвержения современный человек никогда не наблюдал», — говорит Иван Кулаков.

Иван Кулаков и его коллеги моделировали механизм работы вулкана Тоба по данным сейсмических станций.

«С помощью собственных алгоритмов мы построили трехмерную модель скорости сейсмических волн в земной коре и верхах мантии до глубины 150 км. По этим данным можно судить о температуре, содержании воды. Это позволяет смоделировать механизм, который приводит к извержению супервулкана», — рассказал ученый.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.
Теги:

Читать еще на Чердаке: