Супервулкан: воспроизведены условия запуска извержения в рентгеновской лаборатории

Ученые воспроизвели условия внутри магматической камеры супервулкана, чтобы понять, что требуется для запуска его извержения. Эти редкие события представляют собой крупнейшие природные катастрофы на Земле, за исключением падения гигантских метеоритов. Используя синхротронное рентгеновское излучение, исследователи установили, что извержения супервулканов могут происходить спонтанно, под действием одного лишь давления магмы, без необходимости внешнего триггера. Результаты опубликованы в журнале Nature Geosciences.

Известное извержение супервулкана произошло 600 000 лет назад в Вайоминге (США), создав огромную кальдеру в центре современного Йеллоустонского национального парка. Тогда в атмосферу было выброшено более 1000 км³ пепла и лавы — в 100 раз больше, чем при извержении вулкана Пинатубо в 1992 году. Крупные извержения сильно влияют на глобальный климат: Пинатубо понизил температуру на 0,4 °C на несколько месяцев, а прогнозы для супервулкана предсказывают падение на 10 °C на срок до 10 лет.

Механизмы, запускающие суперизвержения, долгое время оставались неясны. Главная причина в том, что процессы в супервулкане отличаются от таковых в обычных вулканах. Магматическая камера супервулкана значительно больше, горячее и пластичнее, что позволяет давлению рассеиваться эффективнее, поэтому извержения происходят крайне редко.

«Движущей силой является дополнительное давление, вызванное разницей в плотности твердой породы и жидкой магмы. Оно сравнимо с футбольным мячом, наполненным воздухом под водой, который выталкивается вверх более плотной водой вокруг», — объясняет Вим Мальфаит (ETH Zurich). Теперь ученые выяснили, может ли одного этого давления быть достаточно для разлома земной коры.

Хотя пробурить скважину к магматической камере супервулкана практически невозможно, эти экстремальные условия можно смоделировать в лаборатории. Ученые использовали специальную установку — пресс «Париж-Эдинбург» — для нагрева микроскопических образцов породы до 1700 °C под давлением до 36 000 атмосфер и точного определения плотности жидкой магмы с помощью синхротронного рентгеновского излучения в Европейском центре синхротронного излучения (ESRF).

Результаты измерений показали, что давления, возникающего из-за разницы плотностей, достаточно, чтобы разорвать более 10 километров земной коры над магматической камерой. «Наше исследование показало, что давление действительно достаточно велико, чтобы сломать земную кору. Магма, проникающая в трещины, в конечном итоге достигнет поверхности Земли даже без участия пузырьков воды или углекислого газа», — заключает Кармен Санчес-Валье (ETH Zurich).