Цивилизация
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.
Для анализа Скейе выбрал породы, извергнувшиеся из недр вулкана в первую очередь. По данным изотопного анализа – а именно соотношения концентраций изотопов стронция-87 и стронция-86 – превратившаяся в эти породы магма в каждом из четырех случаев достигли фазового равновесия жидкость – твёрдое тело задолго до извержения. На основании данных об этом равновесии Скейе сумел промоделировать температуру и давление в магматическом резервуаре перед тем, как его содержимое выплеснулось наружу.
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.
Авторы также отмечают, что если рассмотреть типичные параметры извержений, случавшихся за последние двадцать тысяч лет, и сравнить их с параметрами последнего извержения 1944 года, то можно достаточно уверенно предположить, что всего за этот промежуток времени подземный резервуар, питающий извержения Везувия, проделал путь вверх общей длиной около 10 км. Ответственность за такое движение можно возложить на изменившуюся плавучесть магм или на изменение локальных напряжений в земной коре, сопровождающих развитие вулканизма Везувия. Впрочем, искать причины этого движения они предлагают своим последователям; ну и сами, разумеется, в стороне от этой работы не останутся.
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.
Глубинная магма более кислотна и очень неустойчива, потому извержения из глубоких резервуаров более непредсказуемы и опасны. Если же резервуар находится ближе к поверхности, то наружу изливаются более основные лавы, которые всегда текут спокойнее. Эти утверждения подтверждает и последний опыт. Породы, образовавшиеся в 1944 году, – это как раз основные базальты, и это последнее на сегодняшний день извержение было относительно безопасным.
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.