Зачем нужна геология - Дуг МакДугалл

Рисунок 30. Последовательность кальдер в западной части Соединенных Штатов, которая отмечает перемещение Североамериканской плиты над Йеллоустонской горячей точкой, которая остается примерно на месте, пока плита двигается над ней на юго-запад. Примерный возраст кальдер указан в миллионах лет (в некоторых случаях он точно не известен). Йеллоустонская кальдера сформировалась 640 000 лет назад.

Магма, которую производят горячие точки мантии, относительно легко проникает в океаническую кору, образуя вулканы, подобные вулканам Исландии или Гавайских островов, однако высокая плотность магмы обычно не позволяет ей проходить сквозь более толстую и гораздо более легкую континентальную кору. Однако при этом создается достаточно тепла, чтобы расплавить часть коры, и именно при этом процессе создается большая часть той магмы, которая в конечном итоге изливается из супервулканов, связанных с горячими точками. Кроме того, в процессе, напоминающем дистилляцию, водяной пар и другие летучие вещества поднимаются в неглубоко залегающие резервуары магмы, расположенные под вулканами, и эти сжатые газы обеспечивают энергию для взрывного извержения.

Промежутки между крупными извержениями над Йеллоустонской горячей точкой, отраженные в возрасте образованных кальдер — ключ к определению количества времени, необходимого для накопления достаточного количества магмы и газа, чтобы произошло суперизвержение. Данные рисунка 30 показывают, что для этого обычно требуется несколько миллионов лет, и что процесс не отличается регулярностью, поскольку промежутки времени различны. Имеются также свидетельства, что масштабная, хотя и не такая бурная вулканическая деятельность происходила и между кальдерообразующими суперизвержениями. Например, большую часть Йеллоустонской кальдеры заполнили потоки лавы от более поздних извержений: самому молодому из этих потоков, доминирующему в современном ландшафте, 72 000 лет. Нет никаких признаков, что в Йеллоустоне скоро возобновится вулканическая деятельность; однако любое извержение причинит локальный вред, а гигантское взрывное извержение будет иметь колоссальные последствия для всей страны и, в конечном счете, для всего мира, так что для определения текущего состояния накопления магмы под кальдерой специалисты организовали программу интенсивного мониторинга. Ответственность за координирование этой работы лежит на Йеллоустонской вулканической обсерватории — совместном предприятии Геологической службы США, Университета Юты и Йеллоустонского парка. На сайте обсерватории вы можете читать регулярные ежемесячные сводки о землетрясениях в Йеллоустоне, перемещениях почвы и других близких темах.

Если у кого-либо и оставались сомнения в сохранившейся вулканической активности Йеллоустона, то результаты мониторинга их развеяли. Сейсмографы отмечают ежегодно несколько тысяч землетрясений, GPS и другие технологии регистрируют циклы поднятия и опускания по всей кальдере со скоростью в несколько сантиметров в год, поток тепла от земли примерно в 30 раз выше, чем в среднем по региону, и фиксируется массовое выделение вулканических газов (где преобладает углекислый газ — примерно 4500 тонн в сутки). Основная проблема, с которой сталкиваются ученые — как интерпретировать полученные сведения. Хотя эти данные прояснили многое о происходящем в земной коре под кальдерой, пока неясно, какие сигналы с наибольшей вероятностью являются предвестниками следующих извержений.

Данные дистанционного зондирования (геофизического эквивалента компьютерной томографии) показывают, что в коре под Йеллоустонской кальдерой на глубине 8–19 километров имеются выраженные горячие области — вероятно, частично заполненные магмой. Местоположение небольших землетрясений и вертикальных перемещений земли, фиксируемых в Йеллоустоне, позволяют предположить, что эти магматические тела не статичны, а мигрируют по коре. Важная цель тех, кто следит за активностью Йеллоустонского супервулкана — определить, являются ли такие перемещения магмы, потоки тепла и выделение двуокиси углерода результатом впрыска новой магмы от расположенной ниже горячей точки, или их можно приписать медленному охлаждению и кристаллизации той магмы, что уже имеется под кальдерой. На этот вопрос пока нет ответа, но он имеет решающее значение, поскольку может указывать на то, близится новое извержение или нет.

Однако в какой бы точке цикла накопления магмы ни находился сейчас Йеллоустонский супервулкан, данные дистанционного зондирования показывают, что ее количество под кальдерой слишком мало, чтобы вызвать катастрофическое извержение, так что такую возможность можно отодвинуть далеко в будущее. Самая вероятная краткосрочная опасность в Йеллоустоне исходит не от настоящего извержения вулкана, а от парового взрыва. В истории кальдеры их было много, они хорошо изучены, однако неясно, что именно их инициирует, и это затрудняет прогнозирование. Похоже, что как минимум некоторые паровые взрывы происходят, когда происходят изменения в «водопроводной системе», по которой вода циркулирует под землей, а затем горячая вода и пар подаются к гейзерам и горячим источникам. Если землетрясение внезапно создает новые трещины на поверхности, то давление на находящуюся глубоко под землей перегретую воду резко снижается, она мгновенно превращается в пар и вырывается по этим трещинам наружу. Паровые взрывы, выбрасывающие камни и грязь и создающие небольшие воронки, заполненные водой, случаются в Йеллоустоне достаточно часто: их регистрируют минимум один раз в несколько лет, но многие, возможно, остаются незамеченными, поскольку парк большой и малонаселенный. В Йеллоустоне случаются и масштабные разрушительные паровые взрывы, хотя и редко. Самый крупный из них произошел 14 000 лет назад и образовал кратер диаметром в 2,5 километра — больше, чем ударный кратер Барринджера.

На Земле есть несколько потенциально активных супервулканов вроде Йеллоустонского, и геофизики весьма озабочены суперизвержениями, поскольку осознают, насколько катастрофическими для всей планеты могут оказаться последствия пробуждения любого из этих гигантов. Геологическая летопись говорит, что суперизвержения происходят значительно чаще столкновений с небольшими астероидами, которые могут вызвать эквивалентный вред, и это делает супервулканы одной из самых серьезных долгосрочных геологических угроз для человечества. Вполне реально отклонить с пути приближающийся астероид, однако в настоящее время нет методов предотвратить или хотя бы смягчить какое-нибудь суперизвержение. По сути нет даже разумных идей, как это можно сделать. И пока это так, единственные возможные меры — тщательно следить за «активными» супервулканами наподобие Йеллоустонского и готовиться к тяжелым последствиям исполинского извержения.

Однако даже это проще сказать, чем сделать. Почти наверняка мы еще не обнаружили многие вулканы, которые потенциально могут взорваться, не говоря уже об установлении за ними наблюдения. Научные организации в Соединенных Штатах и Соединенном Королевстве, а также Международная ассоциация вулканологии и химии земных недр (международное общество исследователей вулканов), создали рабочие группы и выпустили документы, чтобы максимально широко распространить самые последние сведения о крупных взрывных извержениях. Геологическая служба США находится в авангарде сил, следящих за потенциальными местами извержений[59]. Будем надеяться, что эти усилия помогут повысить осведомленность об опасностях, связанных с крупными взрывными извержениями, прежде чем проснется следующий беспокойный гигант. Как показывает опыт Пинатубо в 1991 году, заблаговременное предупреждение имеет ключевое значение для минимизации человеческих страданий при извержениях вулканов, каким бы ни был их размер.