Если ты проживаешь на поверхности колоссального химического реактора под названием планета Земля, трудно рассчитывать, что он не будет периодически сбрасывать избыточные тепло и давление через «клапаны». Вкратце, это и есть вулканическая активность. Правда, клапаны-вулканы не встроены в тело Земли раз и навсегда — они то возникают, то перестают действовать, то просыпаются после долгого сна. Возможно, не будь вулканов, нашу планету давно разнесло бы в клочья.
Бромо, Индонезия. Фото - unsplash.com
Одна из нерешенных задач вулканологии — каким образом жидкая раскаленная магма прорывается на поверхность Земли через нижнюю часть земной коры, представляющую собой толщу огнеупорных базальтов. Чтобы точечно расплавить этот слой при возникновении жерла вулкана, нужна просто невероятная энергия. Одни геологи считают, что такое плавление возможно при высокой локальной концентрации радиоактивных элементов. Другие предполагают, что необходимая тепловая энергия выделяется при мощном трении наползающих друг на друга тектонических плит. Еще одна точка зрения состоит в том, что нижняя часть земной коры находится в твердом состоянии при очень высоком внутреннем давлении, а когда кора трескается, давление падает и происходит фазовый переход: базальты плавятся и по трещинам расплав устремляется на поверхность Земли. Наверное, хорошие физики могли бы рассмотреть все три гипотезы и выбрать наиболее реалистичную — но пока этого не сделано. А ведь знание условий появления вулканов необходимо для прогнозирования вулканической активности. В настоящее время она явно возрастает, а вот где именно может возникнуть очередной «клапан»-вулкан не всегда понятно.
У нас на глазах, в октябре-ноябре 2023 года, начал формироваться новый вулкан в Исландии. Правительству пришлось целиком эвакуировать небольшой город на побережье, потому что под землей к нему стремится поток магмы, готовый в любой момент вырваться на поверхность. 12 ноября на Сицилии пробудилась Этна. Вулкан извергает потоки лавы и выбрасывает пепел на высоту более 4 километров. Активизировалась вулканическая деятельность и в других регионах Италии. С июля 2023 активен вулкан Ключевской на Камчатке. В начале октября он выбросил из жерла столб пыли и пепла высотой 12 километров, в очередной раз создав помехи в авиасообщении. Вот так это извержение выглядит из космоса, со спутника NASA. А всего в настоящий момент около 50 вулканов на планете находятся в состоянии извержения. Оно может продолжаться от нескольких дней до нескольких миллионов лет.По мнению вулканологов, Земля вступила в тысячелетний цикл повышенной вулканической активности, и сообщений об извержениях будет больше день ото дня. Чего в связи с этим ждать?
Обывательские представления о вулканах формируются инфосферой. А там чего только нет — от идиллических видов вулканической горы Фудзи, окруженной цветущими садами сакуры, до постоянно возникающей темы, что вот сейчас взорвется супервулкан в Йеллоустонском нацпарке, и США как корова языком слизнет.
Всегда надежнее опираться на науку. Современная вулканология накопила огромный объем объективных знаний. В краткой и довольно доступной форме они изложены в научной Энциклопедии вулканов, которая сегодня насчитывает 1750 страниц и постоянно пополняется. Минимальный объем, дающий представление о предмете — содержательная статья «Вулканы» в Википедии. И есть множество популярных книг и видеолекций, подготовленных хорошими специалистами. Одна из лучших лекций, на мой взгляд — недавнее выступление российского вулканолога Павла Плечова. Максимально полезно слушать увлеченного своим предметом человека.
Что я успела уяснить. По словам профессора Плечова, на земной суше сейчас насчитывается около 1000 активных вулканов (тех, что хотя бы раз извергались за 10 тысяч лет). Это не считая подводных, о которых вообще мало что известно. Предполагают, что их в пять раз больше, чем земных. Подводные извержения не всегда заметны на поверхности, потому что происходят на огромной глубине. Исследователям со своими приборами туда просто не добраться.
Вулканизм не стоит рассматривать как однозначное бедствие. Та планета, на которой мы сейчас достаточно комфортно живем, во многом создана вулканами. Это касается и привычного нам состава атмосферы, и возникновения гидросферы, и появления плодородной почвы. Даже зарождение жизни с большой вероятностью произошло в результате вулканической деятельности.
Ученые из Университета Сорбонны смоделировали процесс, который мог привести к возникновению жизни на Земле. Согласно их выводам, ключевую роль сыграли разряды вулканических молний. При извержениях они бывают настолько мощными, что способны разорвать химические связи в молекуле азота. Атомы азота таким образом приобретают активность и соединяются с кислородом, образуя оксиды азота и нитраты. А это уже кирпичики для построения биологических молекул — белков и ДНК. Это лишь одна из гипотез. Недавно исследователи Гарварда предположили, что сульфидные анионы, образовавшиеся при растворении вулканической серы в водоемах молодой Земли, напрямую способствовали появлению первых форм жизни. Все эти новые открытия хорошо дополняют знаменитые эксперименты Стенли Миллера, который в 1953 получил главные аминокислоты, моделируя в запаянной колбе химические превращения, возможные в условиях ранней Земли. Остается искусственно воспроизвести зарождение простейших живых организмов и первые этапы эволюции — и тут, возможно, нам опять помогут вулканы. Последние исследования подводных вулканов показали, что сотни видов ранее неизвестных науке микроорганизмов живут и размножаются в насыщенной ядовитыми соединениями металлов и неимоверно горячей воде (+ 320 градусов Цельсия), поступающей из-под морского дна в кальдеру вулкана Бразерс вблизи Новой Зеландии. Вероятно, там же и зародились эти странные формы жизни, способные вынести любые глобальные катастрофы.
Нельзя однозначно оценивать и влияние вулканической активности на климат. С одной стороны, крупнейшие в истории Земли извержения не раз приводили к так называемой вулканической зиме, когда попавший в атмосферу пепел надолго затенял солнечное излучение. С другой стороны, сейчас всерьез рассматриваются подобные варианты для снижения темпов глобального потепления.
Но я увлеклась, уж больно это все интересно. В рамках заданной темы нас должны интересовать два вопроса: а) в какой мере вулканизм является глобальной угрозой, б) как с этой угрозой справляться. А если активно влиять на вулканы невозможно, то как человечеству «сосуществовать» с такими опасными соседями и минимизировать риски.
Наша планета становится все более густонаселенной, и это увеличивает вероятность массовой гибели людей во время природных катастроф. По оценкам экспертов ООН, сейчас около 800 миллионов человек живут в радиусе 100 км от активных вулканов в 86 странах мира. Это и есть зоны риска.
Группа профессора Сары Браун из Бристольского университета изучает обстоятельства, при которых люди становятся жертвами извержений. Также исследователи анализируют различные документы, начиная с 1500 года нашей эры по 2017 год, чтобы наиболее точно установить число погибших. Сейчас в этих трагических списках значатся 278 368 человек, 67 из них вулканологи, работавшие вблизи кратеров вулканов… Группа Браун установила, что наиболее губительны при извержении ни лава, ни каменные «бомбы», улетающие порой на десятки километров от вулкана, а так называемые пирокластические потоки — раскаленная клубящаяся масса пепла, вулканических газов и скальных обломков, которая несется со скоростью до 700 км/час вниз по склону вулкана. Поскольку соревноваться в скорости с таким потоком невозможно даже спортивному автомобилю, единственный шанс спастись — попробовать уехать перпендикулярно потоку, чтобы выскочить за его пределы. Сара Браун считает, что необходимо не только развивать службы наблюдения за вулканами, чтобы вовремя начинать эвакуацию, но и выработать четкие правила поведения при извержении для местных жителей, туристов и специалистов, находящихся в опасной зоне по долгу службы.
Эвакуация в случае природных катастроф — отдельная большая проблема. Для большинства вулканов вполне возможны точные, в том числе краткосрочные прогнозы извержений. Но вулканологи боятся их широко обнародовать, потому что уже были случаи, когда паника при эвакуации губила больше людей, чем само извержение. Предупреждение получают местные власти, но они, к сожалению, не всегда достаточно расторопны, чтобы успеть вывезти всех, кого надо спасать.
Прямо сейчас в опасной ситуации находится густонаселенная итальянская провинция Кампания, где расположен обширный вулканический комплекс Кампи Флегреи, или Флегрейские поля. С 2019 года там постоянно происходят землетрясения силой до 4 баллов, уровень грунта заметно поднимается, угрожая разрушить здания, жители жалуются на постоянный запах серы.
На этой карте показаны известные в прошлом крупные извержения вулканов. Те, что отмечены красным, имеют по крайней мере 8 баллов по индексу вулканической эксплозивности. Иллюстрация - inverse.com
Здесь мы плавно переходим к теме супервулканов — ведь Кампи Флегреи один из них. Супервулкан — не научный термин, а эмоционально окрашенное обозначение наиболее крупных и опасных вулканов, уже имеющих мрачный «послужной список». Их на Земле насчитывается около двадцати. От всех прочих они отличаются невероятными объемами выбросов, измеряемых в тысячах кубических километров и катастрофическим влиянием извержений на климат. Самые мощные супервулканы — Йеллоустоунский в США, Айра в Японии, Таупо в Новой Зеландии, Тоба на осрове Суматра. Это своеобразные «горы наоборот». После катастрофических извержений, происходивших сотни и десятки тысяч лет назад конусы вулканов провалились под собственной тяжестью, образовав обширные низины-кальдеры, иногда заполненные водой. При этом под кальдерами остаются крупные магматические камеры, и сохраняется опасность извержений.
Учёные предупреждают, что супервулкан Кампи Флегреи, расположенный всего в 15 километрах от границы Неаполя, начинает проявлять активность. В зоне потенциального бедствия проживает более миллиона человек. Журнал Nature 9 июня 2023 года опубликовал статью группы исследователей, постоянно наблюдающих за вулканом. Ученые сообщают, что давление в недрах вулкана значительно выросло, происходит деформация пород в жерле, крышка магматической камеры как никогда близка к разрыву. Это не означает, что извержение обязательно произойдет, но местным властям рекомендовано повысить готовность к чрезвычайной ситуации.
История извержений Кампи Флегреи позволяет надеяться, что вулкан во многом израсходовал разрушительный потенциал. Около 40 000 лет назад мегаизвержение Флегрейских полей стало одной из причин вымирания неандертальцев в Европе, вызвало наступление многолетней «вулканической зимы» на обширной территории и привело к глобальному похолоданию.
Следующее значительное извержение было зафиксировано в XVI веке: в 1538 году вулкан извергался в течение восьми дней. В результате выбросов лавы, горной породы и облаков пепла образовался шлаковый конус Монте-Нуово («новая гора»).
В 1980-х годах произошел очередной всплеск вулканической активности, тогда эвакуировали 40 000 жителей близлежащих районов. Но до крупного извержения дело не дошло.
Сейчас специалисты склоняются к мнению, что катастрофическое извержение в текущем тысячелетии маловероятно, но может произойти серия небольших выбросов. Похожий прогноз существует и для Йеллоустоунского супервулкана — вопреки страшилкам, что он вот-вот разрушит Америку.
К сожалению, никто не может гарантировать, что где-то на Земле или в океане не зреет свежий супервулкан, способный вызвать планетарную катастрофу масштабов нового Ледникового периода с массовым вымиранием большинства видов животных и растений. Напрашивается вопрос, есть ли у человечества возможности это предотвратить.
Вышеупомянутый профессор Плечов считает, что настоящий этап технологического развития не позволяет предотвращать извержения и вообще как-то влиять на вулканы. Наши силы не равны. Самое слабое извержение приводит к перемещению минимум кубического километра твердых пород. А кубический километр — это, к примеру, все постройки Москвы, если их сдвинуть в одну кучу. Теперь представим, что эту каменную гору нужно остановить, если она движется. При этом взрыв Йеллостоунского супервулкана 600 тысяч лет назад выбросил на поверхность не один, а около 1000 кубических километров лавы и пепла…
Девиз человечества — «никогда не сдаваться!». В ответ на глобальные вызовы начала развиваться геоинженерия с её фантастическими по дерзости проектами. Когда многократно усилятся наши энергетические возможности, наверняка дойдет очередь и до вулканов. Пока мне попался только один экзотический патент на способ предотвращения извержений.
«Суть изобретения: вторичный магматический канал условно делят на две части — верхнюю и нижнюю. Бурят наклонные каналы, как в верхнюю, так и в нижнюю часть вторичного магматического очага. Каналы в верхней части используют для подачи газа высокого давления, а каналы в нижней части — для отвода магмы. Давление газа в верхней части вторичного магматического очага попеременно, с частотой, превышающей частоту лавинообразных извержений вулкана, известную из истории данного вулкана, то повышают, то снижают, отводя таким образом магму, или наоборот, накапливая её. Отведённую магму используют для строительства и других производственных целей».
Вот так — превратим вулканы в кузни и бетономешалки! Почему бы и нет?
Ирина Самахова
Оценил 21 человек
45 кармы