В Мировом океане есть несколько крупных щитовых вулканов, где лава обычно не выбрасывается из кратера сильными взрывами, а медленно вытекает из-под земли из длинных трещин. Во время недавнего извержения вулкана Сьерра-Негра на Галапагосских островах, которые находятся чуть менее чем в тысяче километров от Южной Америки в Тихом океане, в июне 2018 года одна из этих трещин образовалась по изогнутому пути. Этот путь длиной 15 километров, включая излом, был создан взаимодействием трех различных сил в недрах, Тимоти Дэвис и Элеонора Ривальта из Немецкого исследовательского центра геонаук GFZ в Потсдаме, вместе с Марко Багнарди и Полом Лундгреном из Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене, теперь объясните на основе компьютерных моделей в журнале Geophysical Research Letters.
Еще до извержения ученые-геологи в Калифорнии видели по спутниковым данным радара, что поверхность склона 1140-метрового вулкана Сьерра-Негра поднялась на высоту около двух метров: эта выпуклость, около пять километров в ширину, вытянутый от края кратера примерно на десять километров в западо-северо-западном направлении и повернутый под прямым углом к северо-северо-востоку у берега. Затем Тимоти Дэвис и его команда выяснили, что представляет собой эта структура и ее загадочный изгиб, с помощью компьютерных моделей.
Движущая сила 1: Горячая точка под Галапагосскими островами
Как и многие другие вулканы посреди мирового океана, под Галапагосскими островами скрыта «горячая точка». В течение как минимум 20 миллионов лет горячая порода медленно поднималась из глубины недр Земли, как твердый, но трудно поддающийся формованию пластилин. Подобно паяльной лампе, эта горячая точка шириной до 200 километров проплавляет твердую земную кору. Эта горячая магма немного легче твердой породы вокруг нее, поэтому она продолжает подниматься, пока не собирается в большой полости примерно в двух километрах ниже кратера вулкана Сьерра-Негра. «Диаметром около шести километров и толщиной не более одного километра эта магматическая камера напоминает огромный блин из расплавленной породы», - описывает эту структуру Тимоти Дэвис.
Движущая сила 2: Вес вулканической скалы
За почти 13 лет, прошедших с момента последнего извержения в октябре 2005 года, снизу в очаг втекало все больше и больше магмы. Там давление выросло и подняло дно кратера на высоту 5,20 метра. Однако огромная сила собирающихся магматических масс искала другой выход. Глубоко под землей вязкая порода медленно ползла в западно-северо-западном направлении. Важную роль здесь играет еще одна сила: огромная тяжесть горных масс вулкана давит сверху на только формирующийся поток магмы. По мере того, как щитовой вулкан становится все более пологим и пологим к внешней стороне, давление там также уменьшается. По мере того, как расплавленная порода сжимается в направлении с более низким давлением, она медленно набухает наружу в потоке магмы шириной четыре километра, но высотой всего около двух метров.
Движущая сила 3: Плавучесть
Вблизи береговой линии уплощающийся щитовой вулкан все слабее давит на уже почти десятикилометровый магматический коридор глубоко под поверхностью. Там третья сила берет верх. Магма намного легче, чем порода вокруг прохода, и ранее ей не давало вздуться только лежащая над ней тяжесть щитового вулкана. Однако вблизи береговой линии эта плавучесть становится сильнее, чем давление скалы сверху. Вдобавок ко всему, склон магмы здесь наклонен примерно на десять градусов вглубь. Вместе эти силы изменяют направление, в котором вязкая порода сжимается, а склон магмы изгибается в направлении северо-северо-восток.
Треснет скала, извергнется вулкан
Тем не менее, набухание магмы под кратером продолжает увеличивать давление до тех пор, пока восходящая расплавленная масса не начнет раскалывать породу вокруг прохода магмы. Эта наполненная магмой трещина (дамба) движется со скоростью не более пешеходной, двигаясь глубоко под землей к береговой линии. «Магма, поднимающаяся из трещины, через несколько дней достигает поверхности и продолжает течь туда в виде лавы, которая через некоторое время застывает», - объясняет Тимоти Дэвис последующий ход извержения вулкана.
Важная предпосылка для прогнозирования и минимизации опасностей
Впервые геофизику удалось смоделировать такой извилистый путь распространения магмы, питающей извержение, и определить силы, которые его контролируют. Таким образом, Тимоти Дэвис и Элеонора Ривальта вместе со своими коллегами из Калифорнии заложили важную основу для исследования таких трещинных извержений. И они сделали решительный шаг к прогнозированию таких извержений и, таким образом, уменьшению опасности, которую они представляют.