Вулканический комплекс Лагуна-дель-Мауле в Чили представляет собой большой, сложный и взрывоопасный ландшафт, которому, как ни странно, не хватает классического конуса, который можно увидеть на многих вулканах, включая Фуэго, гватемальский вулкан, унесший жизни сотен людей в результате извержения 3 июня.
Это серьезная задача - понять регион на вершине горы, который извергался 50 раз за последние 20 000 лет. Но отправная точка для понимания общей картины исследования, опубликованного сегодня (27 июня) в Science Advances, довольно проста: это кольцо, которое стоячая вода оставляет на ванне.
Как и берег древнего озера, кольцо в ванне при формировании должно быть горизонтальным. Но, как несколько лет назад заметил профессор геолого-геофизических исследований Университета Висконсин-Мэдисон Брэд Сингер, древняя возвышенная береговая линия в Мауле теперь наклонена от низины на севере к возвышенности на юге.
Вулканы Мауле, расположенные в регионе, где за последний миллион лет происходили мощные извержения, беспокойны. С 2007 года спутниковые инструменты измеряли средний подъем на 8 дюймов в год - бесспорно, самый быстрый и продолжительный измеренный подъем беспокойного вулкана в мире и безошибочный признак того, что расплавленная порода под этим районом поднимается.
Зингер, вулканолог и специалист по датированию горных пород, в настоящее время руководит пятилетним проектом Национального научного фонда по исследованию Мауле с помощью широкого спектра геологических методов. Понимание того, почему происходит этот подъем и что он предвещает, - две основные цели проекта, который привлек на сайт десятки ученых и студентов.
Вообще говоря, вулканология - это упражнение в зеркале заднего вида. Спустя месяцы, годы или даже 50 миллионов лет после того, как лава остынет и пепел осядет, ученые исследуют химический состав, форму и распределение горных пород в судебно-медицинской экспертизе, чтобы понять местонахождение вулкана. В Лагуна-дель-Мауле, одном из самых активных вулканических регионов мира, Сингер пытается задокументировать условия и процессы перед следующим извержением.
Чили насчитывает более 80 вулканов. Мауле, наряду со многими другими, извергает риолит, особенно взрывоопасный вид расплавленной породы. Риолит содержит большое количество воды и углекислого газа, которые превращаются в газ при падении давления, когда магма приближается к поверхности земли.
Знание скорости и изменений магмы, поднимающейся в резервуар под вулканом, имеет решающее значение для вопросов о будущих извержениях, но измерения свойств горных пород на глубине до дюжины миль под землей должны по определению быть косвенными.
Цель, по словам Сингера, «состоит в том, чтобы построить ментальную картину, модель механизмов, которые работают перед большим или «супер» извержением».
Исследование, проведенное журналом Science Advances, использовало древнюю береговую линию для получения базовой информации о ландшафте этого района 10 000 лет назад. Это произошло, когда поток риолитовой лавы, который «закупорил» выход из озера, рухнул, опустив уровень воды примерно на 200 метров до нынешнего уровня.
Реликтовая береговая линия имела длину не менее 60 километров, хотя с тех пор большая ее часть была покрыта потоками лавы. Во время четырех выездов Сингер и его коллеги использовали точные инструменты GPS для измерения высоты над уровнем моря в 64 точках вдоль береговой линии.
Выяснилось, что самая высокая точка находится на 62 метра выше самой низкой точки, что позволяет исследователям рассчитать средний подъем на 6 миллиметров в год. Но если текущий быстрый подъем после периода стабильности типичен, то общий подъем, вероятно, произошел в виде 16 быстрых импульсов, в среднем по 50 лет каждый, в течение последних 10 000 или около того лет..
Исходная информация о поднятии была затем объединена с данными о сотрясении земли, гравитации и электропроводности, а также анализом минералов на поверхности - реликтов прошлых извержений - чтобы нарисовать более точную картину геологической ситуации.
Элен Ле Мевель, доктор геолого-геофизических наук Университета Вашингтона в Мэдисоне. и соавтор статьи использовали искривление береговой линии для оценки формы, размера и глубины магматического тела, выросшего под южным концом озера. Тело имеет глубину 7 километров и по форме напоминает яйцо.
Поскольку естественная лавовая плотина прорвалась и уровень озера упал, исследователи подсчитали, что 13 кубических километров магмы поднялись в этот резервуар, чтобы создать магматическое тело, которое подняло вышележащую вулканическую область.
За тот же период излилось еще девять кубических километров магмы.
Уточненное представление о темпах и деталях поднятия помогло команде Сингера решить две насущные проблемы вулканологии:
- Какую роль играют флюиды в поднятии самых больших и самых опасных вулканов? Вулканическое поднятие может быть вызвано подъемом магмы или жидкостью или газом под давлением. Если исследователи правы в том, что периоды подъема чередовались с периодами стабильности в течение 9 400 лет, то магма должна была остывать и превращаться в твердую породу. В противном случае каждое извержение позволяло бы жидкости и газу выходить наружу, вызывая дефляцию.
- Что определяет, извергается ли резервуар магмы или замерзает в гигантское однородное скальное тело, такое как Half Dome (называемое плутоном)? Могут ли оба явления происходить в одном и том же бассейне магмы практически в одно и то же время? «Здесь у нас есть доказательства того, что один и тот же магматический резервуар может поддерживать оба процесса», - говорит Сингер. «Магматический резервуар медленно растет в течение тысяч лет на небольшой глубине, и часть его замерзает, но в тот же период он также извергается».
Что касается самого Мауле, то темпы роста, кажется, замедляются после 11 лет гоночных автомобилей. Это, вероятно, снижает вероятность извержения в ближайшем будущем, что является хорошей новостью для чилийцев и аргентинцев, которые живут с подветренной стороны от этого приграничного комплекса. Состояние тревоги Мауле в настоящее время находится в самом низу списка из более чем 40 опасных вулканов, за которыми следит чилийская вулканическая обсерватория Южных Анд.
Но это еще не конец истории, говорит Сингер. Даже если вторжение магмы в Мауле медленно остановится, другие факторы могут вызвать извержение.
Чили, часть Огненного кольца, была местом двух из четырех самых сильных землетрясений в прошлом столетии. Более того, по словам Сингера, даже когда подъем снижается, землетрясение вдоль небольшого локального разлома может привести к достаточному движению магмы, чтобы вызвать новое извержение в Мауле.