Везувий - один из самых опасных вулканов Европы. В его непосредственной близости проживает более трех миллионов человек, а в исторические и доисторические времена происходили взрывные извержения, уничтожавшие целые поселения и города в этом районе.
Итак, насущный вопрос: когда Везувий снова извергнется и насколько сильным может быть извержение?
Чтобы ответить на этот вопрос, исследовательская группа ETH Zurich в сотрудничестве с исследователями из Италии внимательно изучила четыре крупнейших извержения Везувия за последние 10 000 лет, чтобы лучше оценить, в обозримом будущем можно ожидать опасного события.
Четыре изученных извержения включают извержение Авеллино 3950 лет назад, которое считается возможным «наихудшим сценарием» для будущих извержений, и извержение 79 года нашей эры, которое похоронило римские города Помпеи и Геркуланум. Последнее было задокументировано римским писателем Плинием Младшим, поэтому все извержения этого типа называются «плинианскими». Далее вулканологи изучали извержения 472 г. н.э. и 8890 г. до н.э. Субплинианское извержение 472 г. н.э. является наименьшим из исследованных извержений, но все же по размеру похоже на недавнее извержение Тонга.
Гранаты позволяют точно датировать
В своем исследовании, которое только что было опубликовано в журнале Science Advances, исследователи, работающие с ведущим автором Йорном-Фредериком Вотцлавом и профессором ETH Zurich Оливье Бахманном, определили возраст кристаллов граната, присутствующих в вулканических отложениях. Этот минерал растет из магмы, хранящейся в магматической камере в верхней части коры под Везувием. Зная возраст этих минералов, можно сделать вывод о том, как долго магма находилась в этой камере до того, как вулкан изверг ее.
Гранат - необычный выбор для определения возраста вулканических выбросов. Исследователи обычно используют цирконы, которые представляют собой крошечные акцессорные минералы, обнаруженные во многих магматических породах. Магма из Везувия, однако, слишком щелочная для кристаллизации цирконов, но она богата гранатом.
Для определения возраста граната исследователи использовали радиоактивные элементы уран и торий. Кристаллическая структура граната включает и то, и другое в небольших, но измеримых количествах, с преобладанием урана. Используя соотношение изотопов урана-238 и тория-230, исследователи могут рассчитать возраст кристаллизации минералов.
Все гранаты для этого исследования были получены из материала, который команда ETH собрала на месте с помощью коллег из университетов Милана и Бари. Для этого они искали соответствующие участки, где вулканические отложения четырех упомянутых выше извержений выходят на поверхность и доступны для опробования.
Интервалы становятся короче
Используя возраст кристаллизации гранатов, исследователи теперь могут показать, что самый взрывоопасный тип магмы на Везувии (так называемая «фонолитовая» магма) хранится в резервуаре в верхней части земной коры в течение нескольких тысяч лет до притока более примитивной и горячей магмы из нижней коры вызывает извержение.
Для двух доисторических событий исследователи определили, что фонолитовая магма находилась в камере около 5 000 лет. До извержений в исторический период она хранилась в этом резервуаре всего около 1000 лет.
Для всех извержений время пребывания фонолитовой магмы в верхнем очаге земной коры совпадает с периодами покоя Везувия.
«Мы считаем вероятным, что большое количество фонолитовой магмы в верхней части земной коры заблокировало подъем более примитивной, более горячей магмы из более глубоких резервуаров», - говорит Бахманн. «Везувий имеет довольно сложную водопроводную систему», - добавляет он с ухмылкой.
Под вулканом находятся несколько магматических очагов, соединенных системой труб. Верхняя камера, имеющая решающее значение для извержений, за довольно короткое время заполняется магмой из одной из нижних камер. В этой более холодной среде магма охлаждается и кристаллизуется, что приводит к химическим изменениям остаточного расплава (процесс, называемый «магматической дифференциацией»). Специалисты называют «дифференцированную» магму Везувия фонолитовой. В какой-то момент (вероятно, через относительно регулярные промежутки времени) более примитивная или «мафическая» магма изливается в верхний очаг с больших глубин. Эта перезарядка приводит к повышению давления внутри очага, что может вытолкнуть фонолитовую магму вверх, возможно, на весь путь к поверхности, вызывая извержение..
Резервуар фонолитовой магмы, по-видимому, почти всегда существовал под Везувием в течение последних 10 000 лет. Тем не менее, вопрос заключается в том, может ли сегодняшнее извержение вызвать опасное извержение, подобное извержению 3 950 лет назад или 79 г. н.э.?
Накопление магмы маловероятно
Сейсмические исследования показывают, что на глубине от шести до восьми километров под Везувием действительно есть резервуар. Однако состав содержащейся в нем магмы, т. е. является ли она фонолитовой или более основной, невозможно определить с помощью сейсмических технологий. Но поскольку Везувий с 1631 года производил в основном основную магму, исследователи считают маловероятным накопление дифференцированного фонолита в настоящее время. «Последнее крупное извержение 1944 г. произошло почти 80 лет назад, что вполне может быть началом длительного периода покоя, в течение которого может накапливаться дифференцированная магма. Тем не менее, опасное извержение, сравнимое с извержением 79 г. прослужит гораздо дольше», - говорит Вотцлав.
Если в ближайшие десятилетия произойдет выброс преимущественно основной магмы, это может указывать на то, что магматическое тело, обнаруженное сейсмическими исследованиями, не состоит из дифференцированной магмы и что в настоящее время под Везувием ее нет.«Вот почему мы считаем более вероятным, что сильное взрывное извержение Везувия произойдет только после периода затишья, продолжавшегося веками», - говорит Бахманн. Вотцлав добавляет: «Тем не менее, более мелкие, но все же очень опасные извержения, такие как извержение 1944 года или даже извержение 1631 года, могут произойти после более коротких периодов затишья. Точное прогнозирование размера и характера вулканических извержений пока невозможно. резервуаров магмы под вулканами теперь можно распознать с помощью мониторинга».
Закрытый мониторинг
Чтобы избежать неприятных сюрпризов, за Везувием и его активностью, а также за его старшим братом на западе, Флегрейскими полями, ведется круглосуточное наблюдение. Например, Национальный институт геофизики и вулканологии Италии измеряет каждое землетрясение вокруг вулканов, анализирует газы, выделяемые фумаролами, и наблюдает за деформациями грунта, которые являются индикаторами подземной активности. Существует также план действий в чрезвычайных ситуациях, в котором описывается, как эвакуировать большую территорию Неаполя, если наблюдение придёт к выводу, что извержение неизбежно.