Предсказание вулканических извержений – задача не менее важная, чем прогнозирование землетрясений, но, в отличие от последних, вулканическую активность предугадать не так сложно. Более того, с развитием теоретических представлений о движении магмы в глубинах Земли становится возможным предсказать и характер вулканических извержений.
Немалый интерес сейчас представляет вулкан Везувий. Многим он известен разрушением древнеримского города Помпеи, о последнем дне которой повествует одноименное полотно кисти Карла Брюллова, находящееся на экспозиции в петербургском Русском музее.
Однако не менее опасен он и сейчас – в наши дни Везувий угрожает жизням примерно семисот тысяч человек, населяющих его окрестности. И многие – и вулканологи, и простые люди – надеются, что неизбежное в будущем извержение этого вулкана не будет столь катастрофичным, как помпейское.
Последствия извержения в значительной степени зависят от глубины залегания активного магматического резервуара. Именно этот параметр во многом определяет свойства магмы и может немало рассказать о стиле намечающегося извержения.
Вулканолог Бруно Скейе из Орлеанского университета во Франции и его коллеги показали, что
подземный резервуар, питающий извержения Везувия, за последние двадцать тысяч лет поднялся на несколько километров.
И по его мнению, это достаточно веское основание, чтобы считать грядущие извержения вулкана относительно безопасными для местного неаполитанского населения.
Свою работу Скейе посвятил изучению фазового равновесия магматических пород, сформировавшихся в районе вулкана в результате его четырех наиболее значимых извержений за последний десяток тысяч лет. Самое ранее из них, меркатское, случилось 7800 лет назад, следующее за ним, авеллинское, – 3600 лет назад, помпейское произошло в 79 году нашей эры, а последнее крупное извержение, полленское, – спустя еще 393 года, в 472 году н.э. Эти четыре крупных события в истории Везувия сопровождались и более мелкими выбросами, последний из которых состоялся в 1944 году.
атомы одного и того же вещества, в ядре которых содержится одинаковое количество протонов и разное количество нейтронов. Классический пример – водород (протий), ядро которого вообще содержит только протон и ни одного нейтрона, дейтерий (1 протон и 1 нейтрон) и тритий (1 протон и 2 нейтрона).
По химическим свойствам, определяемым строением электронных оболочек, изотопы не отличаются друг от друга, что и позволяет их использовать для точной диагностики физических условий, от которых зависит распределение частиц различной массы.
Большинство изотопов нестабильны и со временем распадаются. Схемы распадов, а также период полураспада (время, за которое половина содержащегося в веществе нестабильного изотопа распадается на стабильные) известны. Поэтому, зная содержание изотопа в момент изолирования вещества от внешнего воздействия, в момент анализа, а также период полураспада, можно вычислить возраст исследуемого образца.
На основе такой схемы, например, устанавливают возраст окаменелостей животных и растений при помощи радиоуглеродного метода. Возраст осадочных и базальтовых пород исследуют, изучая степень превращения урана и тория в свинец или калия в аргон.
Модельные эксперименты говорят о том, что три древнейших события – меркатское, авеллинское и помпейское — произошли в примерно одинаковых условиях. Однако ко времени полленской катастрофы на закате Западной Римской Империи в источнике магм Везувия произошли сильные изменения.
Судя по составу магматических пород, три древнейших извержения происходить при температуре около +800 по Цельсию. При этом магма, содержавшая в своём составе около шести массовых процентов воды, находилась под давлением примерно в 200 МПа – около двух тысяч атмосфер. Источником же полленского извержения стала магма, до извержения находившаяся под вдвое меньшим давлением.
Дополнительным свидетельством в пользу понижения давления в подземном вулканическом резервуаре служат включения летучих химических соединений, навеки запаянные в пустоты породы. Содержание паров воды в извергнутых лавах от 472 года н. э. не превышает 3–5%, тогда как помпейское извержение, как и два предыдущих, отличали лавы с массовым содержанием воды 6–7%.
Исходя из изменения давления в подземном резервуаре лавы и средней плотности земной коры в 2 600 кг/м3, несложно подсчитать, что
за четыре века, разделявшие помпейское и полленское извержения, источник лавы стал вдвое ближе к поверхности, поднявшись с глубины в 7–8 км до нынешних 3–4 км.
По мнению французских учёных, здесь он расположен и по сей день. Эти рассуждения команда Скейе представила в статье, опубликованной в последнем выпуске Nature.
раскаленная жидкая (эффузия) или очень вязкая (экструзия), преимущественно силикатного состава масса (SiO2 примерно от 40 до 95%) , изливающаяся на поверхность Земли при извержениях вулканов. При застывании лавы образуются эффузивные (излившиеся) горные породы.
В некоторых районах земного шара магма во время вулканических извержений изливается на земную поверхность в виде лавы. Многие вулканические островные дуги связаны с системой глубинных разломов. Центры землетрясений располагаются примерно на глубине до 700 км от уровня земной поверхности, то есть вулканический материал поступает из верхней мантии. На островных дугах он часто имеет андезитовый состав, а поскольку андезиты по своему составу сходны с континентальной земной корой, многие геологи считают, что континентальная кора в этих районах наращивается за счет поступления мантийного вещества.
Вулканы, действующие вдоль океанических хребтов (например, Гавайского), извергают материал преимущественно базальтового состава. Эти вулканы, вероятно, сопряжены с мелкофокусными землетрясениями, глубина которых не превышает 70 км. Поскольку базальтовые лавы встречаются как на материках, так и вдоль океанических хребтов, геологи предполагают, что непосредственно под земной корой существует слой, из которого поступают базальтовые лавы.
Однако неясно, почему в одних районах из мантийного вещества образуются и андезиты, и базальты, а в других – только базальты. Если, как теперь полагают, мантия действительно является ультраосновной породой (обогащена железом и магнием), то лавы, произошедшие из мантии, должны иметь базальтовый, а не андезитовый состав, поскольку минералы андезитов отсутствуют в ультраосновных породах. Это противоречие разрешает теория тектоники плит, согласно которой океаническая кора подвигается под островные дуги и на определенной глубине плавится. Эти расплавленные породы и изливаются в виде андезитовых лав.
Авторы привлекают внимание к другим выводам из своей работы, и главный из них состоит в том, что
модели, прогнозирующие вулканическую активность Везувия, до сих пор строились на неправильных предпосылках, предполагая постоянство во времени – по крайней мере, в течение последних четырех тысяч лет – положения активного резервуара магмы.
Кроме того, в проверке нуждается и гипотеза о том, что скорость подпитки подземного вулканического резервуара претерпевает некоторые значительные флуктуации с течением времени, что также должны учитывать модели извержения.
Наконец, сами типы магм, формирующих подземный источник для извержения, должны быть заново изучены. По сравнению с глубинными, магмы, хранящиеся ближе к поверхности, должны содержать меньше кремния и больше марганца с железом. Это, в свою очередь, меняет свойства не только пород, но и самого извержения, в ходе которого они образуются. К сожалению, пока проверить эти соображения не представляется возможным, и наука нуждается в развитии дополнительных методик.
Тем не менее, для жителей Неаполя и его окрестностей результаты Скейе – скорее, хорошая новость.
В конце 1980-х годов ООН объявила 1990-е годы десятилетием борьбы с природными катастрофами. В ознаменование этого были выделены 16 «вулканов десятилетия», особо опасных для населения из-за своей высокой активности и близости населённых пунктов.
В их число вошли
Авачинский и Корякский (Камчатка, Россия)
Везувий (Италия)
Галерас (Колумбия)
Колима (Мексика)
Мауна-Лоа (Гавайи, США)
Мерапи (Ява, Индонезия)
Ньирагонго (ДРК)
Рейнир (США)
Сакурадзима (Кюсю, Япония)
Санта-Мария и Сантьягито (Гватемала)
Санторин (Тира, Греция)
Тааль (Лусон, Филиппины)
Тейде (Канарские острова, Испания)
Улавун (Папуа-Новая Гвинея)
Ундзэн (Кюсю, Япония)
Этна (Сицилия, Италия)
Впрочем, дать гарантию, что жителям окрестностей Везувия ничто не угрожает, пока никто не может. Пока гигант спит, это может означать два варианта: медленное заполнение полупустого резервуара магмы или нагнетание давления под закупорившимся жерлом вулкана. В последнем случае, когда «пробка» вылетит, не спасёт и относительная устойчивость приповерхностной магмы.
