Загадка сверхизвержений вулканов

Американским ученым удалось установить, по каким причинам происходят так называемые сверхизвержения вулканов. Их модель дает надежду на то, что со временем станет возможно предсказание этих катастроф и даже принятие своеобразных профилактических мер, не допускающих повторений трагедий древности, вроде извержения Санторина или Тамборы.

Что и говорить, даже обычные извержения вулканов часто весьма неприятны для человечества — в результате этих стихийных бедствий гибнут тысячи людей, а суммы, в которые оценивается экономический ущерб, оказываются просто астрономическими. Однако куда более опасны так называемые сверхизвержения, приводящие к взрыву самого вулкана и выбрасывающие в атмосферу тысячи тонн пепла и камней. Они способны оказывать влияние на развитие цивилизаций и даже уничтожать их.

Так, например, в середине второго тысячелетия до нашей эры сверхизвержение вулкана Санторин на острове Тира в Средиземном море не только уничтожило поселения древних эгейцев на множестве греческих островов, но и явилось одной из причин гибели критской Минойской цивилизации. Огромные цунами, порожденные извержением, разрушили прибрежные города минойцев, а выпавший пепел засыпал плодородные земли, после чего земледелие на Крите пришло в упадок.

Однако куда более разрушительные последствия имело сверхизвержение вулкана Тамбора на острове Сумбава в Индонезии в 1815 году. Тогда в результате этого стихийного бедствия погибло свыше 70 тысяч человек (самое большое число жертв вулкана за всю историю цивилизованного человечества, хотя непосредственно взрыв уничтожил только 12 тысяч человек, остальные погибли от цунами, ядовитых газов и от падающих камней), несколько островов архипелага стали полностью негодными для проживания.

Кроме того, это извержение породило глобальные климатические аномалии, включая такой феномен, как «вулканическая зима». Так, 1816 год стал известен как «год без лета» из-за чрезвычайно низких температур, которые установились в Европе и Северной Америке. Этот необычный холод привел к катастрофическому неурожаю, из-за чего весной 1817 цены на зерно выросли в десять раз, а среди населения разразился голод. В результате множество европейцев эмигрировали в Америку.

Однако даже эта катастрофа меркнет перед тем, что устроил людям вулкан Тоба с индонезийского острова Суматра 74 тысячи лет тому назад. Тогда при сверхизвержении из земных недр было выброшено больше тысячи кубических километров магмы (для сравнения — этого количества вполне достаточно для того, чтобы покрыть территорию всей России восьмисантиметровым слоем лавы). После взрыва из-под земли со сверхзвуковой скоростью вырвался столб раскаленного газа и пепла, который почти мгновенно достиг края стратосферы — отметки в 50 километров. За трое суток на поверхность излилось более 2800 кубокилометров магмы: кое-где толща застывшей лавы достигала десятков метров.

Кроме того, Тоба, разбушевавшись, выбросил в небеса огромное количество раскаленного пепла. Эти облака двигались со скоростью почти 400 километров в час, расплавляя на своем пути камни и выжигая все живое. Даже в некоторых районах Индии были обнаружены шестиметровые отложения подобного пепла, а уж на самом архипелаге он иногда покрывал земную поверхность «одеялом», толщина которого составляла свыше десяти метров!

Но это еще не все. Весь выброшенный в атмосферу пепел закрыл Солнце на шесть месяцев, и на планете началась вулканическая зима. Даже в экваториальных районах температура понизилась на 11 градусов. А ведь Homo sapiens тогда был еще, можно сказать, «младенцем» — его популяция не была многочисленной, и, конечно же, ни о каких цивилизациях в то время говорить не приходилось. Кроме того, планету с ним в те времена все еще делили представители другого, близкого вида H. erectus. И, несомненно, представителям обоих видов пришлось несладко — количество погибших исчислялось тысячами.

Правда, недавние исследования ученых из Оксфорда подвергли сомнению популярную теорию о том, что извержение Тобы поставило человечество на грань вымирания, уничтожив все популяции Homo sapiens в Евразии и Северной Африке, кроме одной небольшой группировки в центре Черного континента, которая после и сыграла роль «резерва» для возрождения человечества. Исследователи обнаружили в Индии ряд стоянок, часть которых относится к моменту времени до извержения Тобы, а часть — к более позднему времени (75-78 тысяч лет назад). Получается, что некоторые популяции Homo sapiens в Евразии спокойно пережили это извержение.

Однако урон все-таки был нанесен — количество стоянок после извержения в той же Индии значительно меньше, а разнообразие орудий труда, найденных на них, резко сокращается по сравнению с периодом, предшествующим катастрофе. Что касается более примитивного H. erectus, то, по данным археологов, представители данного вида после извержения вообще исчезают из Восточной Азии, хотя до него максимального разнообразия форм они достигли именно там.

Итак, как вы видите, сверхизвержения действительно являются глобальными катастрофами, влияющими не только на конкретный регион, но и на всю планету в целом. Поэтому предсказания этих стихийных бедствий являются весьма актуальной проблемой. Однако в том то и дело, что предсказать заранее эту катастрофу достаточно сложно — в большинстве случаев им не предшествуют сильные сейсмические толчки и другие ощутимые колебания земной поверхности. Создается ощущение, что сверхизвержения всегда происходят внезапно.

Однако есть и другой способ построить прогноз. Для этого сначала нужно понять, какие причины приводят именно к сверхизвержению. И вот недавно американские исследователи, работающие под руководством Эрика Гросфилса, предложили теоретическую модель данного процесса.

Согласно ей, сверхизвержения происходят по следующему сценарию — сначала в большой емкости под самим вулканом начинает скапливаться магма, поступающая из мантии. Далее вокруг этой емкости образовывается слой пластичной породы, которые, окружая сам резервуар с магмой, начинают сдавливать его. Этот процесс может длиться достаточно долго — до нескольких десятков тысяч лет. Постепенно верхние слои этой окружающей породы выдавливаются близко к поверхности и надуваются наподобие огромного пузыря. Но снизу этот пузырь оказывается под атакой поступающих из мантии новых порций магмы, которые создают внутри емкости колоссальное давление.

В конце концов «купол» из окружающих пород не выдерживает этого чудовищного напряжения и трескается. Трещины ширятся и быстро распространяются вглубь, разрушая целостные стенки емкости, где под колоссальным давлением скопились тонны раскаленной магмы. Вот тут то и происходит взрыв, в результате которого «купол» обрушивается, скопившаяся под ним энергия высвобождается, и начинается само сверхизвержение.

Проведенные учеными расчеты показали, что в идеале «котел» должен содержать 10-15 тысяч кубических километров магмы и постоянно подогреваться и сдавливаться новыми ее потоками снизу, разогревая и делая податливыми окружающие слои породы. Если же он не будет достаточно велик, то магма вырвется на свободу задолго до достижения колоссального давления, обычным для вулканов способом, то есть произойдет обычное извержение.

Интересно также и то, что, по мнению исследователей, к появлению первых трещин в куполе может привести событие, случившиеся где-то достаточно далеко от самого вулкана — например, подводное землетрясение. Данная модель также отвечает на вопрос, почему сверхизвержения являются все-таки достаточно редкими событиями — ведь для того, чтобы скопилось так много магмы, нужно очень большое (по человеческим меркам) время.

Итак, данная модель дает надежду на то, что со временем станет возможно предсказание сверхизвержений. Для этого нужно лишь разработать способы, позволяющие точно измерять давление магмы внутри вулканического «котла». Кроме того, вполне возможно, что людям удастся придумать методику, позволяющую превратить готовящееся сверхизвержение в обычное — например, с помощью направленных взрывов или закачки в породу некоторых жидкостей можно в принципе добиться того, что «купол» треснет прежде, чем давление магмы в «котле» станет критическим. И тогда трагедии Тобы, Тамборы и Санторина можно будет избежать…

Антон Евсеев