Природные катаклизмы и их последствия
Супервулкан Тоба в Индонезии не менее опасен, чем Йеллоустоун
В течение последних нескольких лет многие ученые и даже политики пугают мировую общественность катастрофическим извержением супервулкана Йеллоустоун, который находится в одноименном парке в США. Однако ученые отмечают, что для планеты также опасность представляет индонезийский исполин Тоба, извержение которого было мощнее самого сильного извержения американского гиганта.
75 тысяч лет назад супервулкан Тоба, который находится на острове Суматра в Индонезии, разразился мощным извержением, в результате чего в атмосферу было выброшено 2800 кубических километров вулканического материала. Для сравнения стоит отметить, что самое мощное извержения вулкана Йеллоустоун произошло 2,2 миллионов лет тому назад, и тогда было выброшено 2500 кубических километров пород и пепла, что на 12 процентов меньше в сравнении с извержением Тоба.
Ученые неоднократно исследовали вулкан Тоба в Индонезии.
Стоит отметить, что новосибирские ученые при помощи компьютерной модели смогли обнаружить несколько уровней магматических очагов под кальдерой вулкана Тоба и реконструировать механизм реализации повторяющихся его суперизвержений.
Мало того, периодически поступают сообщения о массовой гибели рыбы в озере Тоба, которое находится в кальдере исполина.
Сейсмическая ситуация также беспокоит специалистов. Если в кальдере Йелооустоуна землетрясения происходят часто, однако они имеют небольшую магнитуду, а сотрудники геологической службы США заявляют, что эти толчки происходят в результате гидравлических процессов, то на территории кальдеры Тоба подземные толчки гораздо реже, но мощнее.
Последнее сильное землетрясение произошло 3 октября 2016 года на юго-восточном побережье озера Тоба, что говорит об активности в недрах кальдеры.
Масштабное извержение этого вулкана может привести к наступлению на планете вулканической зимы, и это может привести к гибели большей части населения планеты.
Новосибирские ученые в сотрудничестве с коллегами из Франции и Саудовской Аравии на основе комплексного геофизического исследования глубинного строения под кальдерой Тоба на острове Суматра реконструировали механизмы процессов, приводящих к повторяющимся в этом районе суперизвержениям. Результаты научной работы были опубликованы в издании Nature Communications.
Суперизвержение – это взрывное вулканическое извержение с единовременным выбросом пород общим объемом более 1000 кубических километров в условном твердом эквиваленте. В течение последнего миллиона лет на Земле функционировали несколько супервулканов: Йеллоустон в Северной Америке, Таупо в Новой Зеландии и Тоба на острове Суматра и другие. Извержение вулкана Тоба примерно 74 тысяч лет тому назад, в результате которого было выброшено более 2800 кубических километров пород, считается одним из самых мощных на Земле за последние несколько миллионов лет. В результате этого события образовалась огромная кальдера, заполненная восьмидесятикилометровым озером – самым крупным вулканическим озером на Земле. Удивительной особенностью этого места является то, что катастрофические извержения происходили здесь неоднократно, по крайней мере, трижды за последний миллион лет.
Самое крупное извержение, зарегистрированное человеком, объем которого составил около 150 кубических километров, произошло на вулкане Тамбора в Индонезии в 1815 году. Эта катастрофа привела к существенному понижению температуры во всем Северном полушарии и к десяткам тысячам жертв вследствие голода и эпидемий. Вместе с тем, масштаб этого события несовместим с последствиями суперизвержений. Поскольку супервулканы несут потенциальную опасность для человечества, необходимо относится очень внимательно к изучению процессов, происходящих в них, и отслеживать все аномалии в их деятельности.
Авторы работы построили детальную сейсмическую модель строения коры и мантии под кальдерой Тоба с использованием метода сейсмической томографии, разработанного в Новосибирске. С помощью этой модели удалось обнаружить несколько уровней магматических очагов под кальдерой и реконструировать механизм реализации повторяющихся суперизвержений. Основной причиной суперизвержений является накопление в недрах Земли воды, которая, как это ни парадоксально, является наиболее взрывоопасным веществом. В районе кальдеры Тоба реализуется механизм доставки большого количества воды в мантию с помощью крупной разломной зоны в плите Индийского океана, расположенной вдоль хребта Исследователей.
Эта зона, которая четко выделяется на карте рельефа морского дна, разделяет два участка плиты с различным возрастом и является ослабленной частью литосферы, куда активно проникает океаническая вода. В зоне субдукции океаническая Индийская плита погружается в мантию под Суматру и затягивает с собой насыщенный водой хребет Исследователей. На глубине около 150 километров, непосредственно под кальдерой Тоба, происходит выброс этой воды из погружающейся литосферной плиты. После этого вода начинает просачиваться вверх через мантийный клин. По пути она видоизменяет породы мантии, делая их более легкоплавкими и менее плотными. В результате подъема этих пород под корой формируется огромный резервуар частично расплавленного мантийного вещества с высоким содержанием флюидов. В томографической модели этот очаг прослеживается как аномалия с пониженными сейсмическими скоростями размером около 50 тысяч кубических километров. В проекции на поверхность кальдеры форма этой аномалии почти идеально совпадает с областью «вспучивания» земной поверхности вокруг кальдеры на высоту более одного километра.
Мантийные породы в этом резервуаре, несмотря на их сильную разогретость, остаются более тяжелыми, чем породы коры. Поэтому далее подниматься через кору они не могут. Другое дело – вода. После прохождения через мантийный клин ее температура может достигать 1300 °C, но вследствие большого давления она остается в жидком состоянии. Вода может спокойно продолжать мигрировать вверх через кору, являясь при этом чрезвычайно эффективным способом переноса тепла. Многочисленные землетрясения, регистрируемые в низах коры под вулканом Тоба, вероятно, являются отражением этого процесса. Миграция горячей воды приводит к разогреву и плавлению пород в верхней коре, в результате чего на глубинах между 7 и 15 километров формируется еще один магматический очаг. Подробно структура этого очага обсуждалась в другой работе тех же авторов (Jaxybulatov et al., 2014 год), ранее опубликованной в издании Science.
Частично расплавленное вещество в верхнекоровом очаге оказывается насыщенным водой, по-прежнему находящейся в жидком состоянии. При достижении некоторого порогового значения часть воды из-за декомпрессии или слишком высокой температуры может преобразоваться в пар. Это существенно повысит давление, в результате чего могут образоваться новые трещины в коре, по которым устремится новая порция вскипающей воды. Этот лавинообразный процесс в итоге способен привести к взрыву огромного объема.
Такой механизм объясняет периодичность суперизвержений и их силу. Действительно, для того чтобы зарядить «бомбу замедленного действия», требуется накопление критического объема воды, которая должна прийти из мантии. Таким образом, суперизвержения в районе вулкана Тоба будут продолжаться до тех пор, пока происходит погружение под Суматру хребта Исследователей, привносящее в мантию аномальное количество воды. Вместе с тем, учитывая, что последнее извержение вулкана Тоба произошло только 74 тысяч лет тому назад, а интервалы между суперизвержениями составляют несколько сотен тысяч лет, скорее всего, в ближайшей исторической перспективе катастрофическое извержение этого вулкана человечеству не грозит.
