Супервулканы превосходны во всех отношениях. Извержение кальдеры Тоба на территории современной Индонезии примерно 74 000 лет назад было настолько мощным, что привело к периоду глобального похолодания и, возможно, к резкому сокращению населения человечества. Около 2,1 миллиона лет назад первое из трех извержений Йеллоустонского супервулкана в США образовало кратер площадью 50 х 80 километров. При этом было выброшено примерно 2800 кубических километров материала, что примерно в 10-20 раз больше, чем при извержении вулкана Тамбора в Индонезии в 1815 году. Даже это относительно небольшое извержение, считающееся крупнейшим за последнее время, произвело эффекты, которые можно было ощутить во всем мире.
Однако супервулканы трудно изучать, и поэтому они продолжают сбивать с толку исследователей и по сей день. Например, ученые сходятся во мнении, что на глубине нескольких километров в земной коре должен быть магматический очаг, содержащий материал, вырывающийся во время извержения. Однако у специалистов нет единого мнения о форме и консистенции такого резервуара.
Бассейн против затвердевшего блока
Некоторые геологи предполагают, что кальдеры, как известны кратеры супервулканов, расположены на вершине гигантского резервуара жидкой магмы, встроенного в земную кору. Мантия снабжает этот резервуар материалом и теплом, и такой супервулкан может взорваться в любой момент.
Другие считают более вероятным, что магматический очаг полностью остыл и затвердел, и что он стал жидким только из-за массивного притока тепла из мантии. Только тогда может произойти извержение.
«Возможно, ни одна из теорий неверна», - говорит Оливье Бахманн, профессор вулканологии в ETH Zurich. Бахманн и его группа опубликовали две статьи в журнале Nature Geoscience, в которых они демонстрируют, что истина может лежать где-то между этими двумя крайностями.
Истина где-то посередине?
«Магматическая камера супервулкана не похожа на кастрюлю с супом, который может выкипеть в любой момент и по малейшему поводу», - объясняет Бахманн. Точно так же, по его словам, неверно предполагать, что магма остыла и образовала полностью затвердевшее тело, поскольку реактивация такого тела потребовала бы огромного притока тепла за очень короткое время. Кроме того, летучие вещества, такие как вода и СО2, будут выделяться из организма при охлаждении и затвердевании. Однако эти вещества необходимы для извержения, поскольку служат для создания соответствующего давления в магматическом очаге.
Взяв в качестве примера извержение супервулкана «Коленопреклоненная монахиня» в Нью-Мексико, исследования докторанта Бахмана Дэвида Шимановски показали, что магматический очаг супервулкана содержит смесь жидкой и кристаллической, то есть затвердевшей, магмы.. Более 40-50% коллектора находится в кристаллической форме. По мнению исследователя ETH, камеры могут иметь губчатую текстуру с сетчатой структурой кристаллизованной породы и порами, содержащими расплавленный материал - кристаллическую кашу, как называет это Шимановский..
Редкие минералы как и для достижения точки извержения.
Численная модель поддерживает анализ минералов
Минеральные анализы также поддерживаются компьютерной моделью, созданной Озге Каракасом, постдоком в группе Бахмана. Эта модель была опубликована в июне - также в журнале Nature Geoscience - и описывает систему, состоящую из магматического очага в верхней части коры, который связан с дополнительными очагами в нижней части коры.
Горячая «исходная» магма формируется в мантии при температуре примерно 1200 градусов, прежде чем подниматься по трещинам и дымоходам в верхнюю часть земной коры. Оказавшись там, он образует резервуар, который остывает и частично кристаллизуется, но может сохраняться в виде кристаллической кашицы сотни тысяч лет.
Используя модель, ученые смогли показать, что для формирования постоянного резервуара в верхней части земной коры не требуется гигантского количества материала из мантии за короткие промежутки времени. «Условия в верхней части коры не подходят для быстрого сбора и хранения такого количества материала», - говорит Каракас. Тем не менее, геолог говорит, что резервуару нужна связь с магмой в нижней мантии, чтобы обеспечить перенос тепла, и подчеркивает, что до сих пор исследователи не включали в свои рассуждения нижнюю кору. «Однако без него не было бы супервулканов."
Очень редкие события
И модель, и анализ минералов, таким образом, указывают на идею о том, что супервулканы формируются и созревают в течение очень длительных периодов времени и что они могут извергаться только с интервалом в десятки тысяч лет. «Магма в основном сохраняется в виде кристаллической губчатой структуры. И она всегда должна быть реактивирована притоком тепла, прежде чем она сможет извергнуться», - говорит Оливье Бахманн, подводя итоги открытия.
Невозможно предсказать, когда произойдет следующее извержение супервулкана, основываясь на новых данных, поскольку система еще недостаточно изучена. Однако механизмы роста и реактивации гигантских магматических резервуаров становятся более ясными, и это может помочь лучше оценить признаки пробуждения этих систем в будущем. «В любом случае - и к счастью для нас - извержение супервулкана - очень редкое событие», - говорит Бахманн.