Извержение супервулкана, катастрофическое событие, способное изменить климат планеты и привести к массовому вымиранию видов, имеет иную природу, нежели извержение простого вулкана. Механика обычного извержения предполагает увеличение внутреннего давления, но образованию обширных магматических очагов могут способствовать изменения на поверхности — трещины и обвалы.
На Земле существует около 20 известных науке супервулканов. Самый известный находится в Северной Америке — это Йеллоустон (США). Для мониторинга состояния мегавулканов важно понимать, какие события становятся причиной их извержения. Исследовательская группа, возглавляемая профессором геологии университета штата Иллинойс Патрицией Грегг (Patricia Gregg), опубликовала в Journal of Volcanology and Geothermal Research статью, в которой представила новую модель механики запуска извержения супервулкана. Соавторами статьи стали профессор колледжа Помона города Клермонт в Калифорнии Эрик Гросфилс (Eric Grosfils) и профессор университета штата Орегон Шанака де Сильва (Shanaka L. de Silva).
«Если мы хотим прогнозировать поведение супервулкана и заранее знать о будущем извержении, мы должны яснее понимать, что вызывает суперизвержение, — говорит Грегг. — Очень вероятно, что суперизвержения вызываются внешними процессами, а не внутренними, как в случае типичных небольших вулканов, которые мы обычно наблюдаем».
Супервулканы, в отличие от обычных, могут выбросить более чем 500 кубических километров магмы. Это соответствует более чем пятистам обычным извержениям.
«Типичный вулкан, когда он активен, может вызвать долгосрочные последствия в глобальном масштабе, — рассказывает Грегг. — Мы видели, как большой выброс пепла из вулкана в Исландии парализовал воздушное сообщение во всей Европе. Последствия суперизвержения будут сильнее во много раз».
Результаты нового исследования противоречат выводам двух статей, опубликованных в журнале Nature Geoscience в 2014 году и обосновывавших наличие связи между извержениями магмы и вероятной её плавучестью. Гипотеза плавучести магмы заключается в том, что магма может быть менее плотной, чем породы, её окружающие, и, следовательно, это может привести к её «всплытию», увеличению давления в магматической камере и запуску извержения.
«Когда мы думаем о том, как извержение вулкана происходит, мы представляем, что давление в магматической камере увеличивается до тех пор, пока не происходит взрыв, вулкан извергается, — говорит Грегг. — Это основная гипотеза о причинах извержения. Но в случае супервулканов мы не видим достаточно большого числа доказательств увеличения давления. Когда я включила плавучесть в мои математические модели, я не смогла воспроизвести результаты исследований 2014 года».
Математическая модель Грегг позволяет вычислить, что случилось бы, если бы большой объём магмы с высокой плавучестью находился под тонким слоем земной коры. Модель показала, что даже когда магматическая камера огромна, а разница в плотности между магмой и окружающими породами велика (маловероятный сценарий), плавучесть увеличивает давление в системе весьма незначительно.
«Тот факт, что моя математическая модель не согласуется с их аналитическим решением, позволяет предложить, что в аналитическом решении было что-то не учтено», — говорит Грегг.
Новое исследование показало, что размер очага является гораздо более важным фактором начала извержения супервулкана. Не количество магматического материала, а размер камеры влияет на стабильность пород, удерживающих магму.
«Предыдущие исследования показали, что, когда магматическая камера расширяется, она толкает вышележащую кору, которая понемногу разрушается, — поясняет Грегг. — Когда большие магматические очаги растут, покрывающая её кора может стать нестабильной, и тогда вероятность извержения увеличивается».
Согласно модели, если трещины и разрушения коры достигают магматического очага, магма вырывается на поверхность. Это может вызвать цепную реакцию, которая «расстёгивает» весь супервулкан.
В ходе дальнейших исследований группа Грегг надеется воспользоваться вычислительными возможностями суперкомпьютера Blue Waters. Готовится 4D-модель, которая позволит в подробностях изучить эволюцию магматического очага Лонг-Велли (Калифорния, США).
«Если мы видим корреляцию между размером магматического очага и вероятностью извержения, важно знать, вызываются ли извержения супервулканов внутренними факторами или же происходят из-за разломов в коре. От ответа на этот вопрос зависит, за чем мы должны следить, — говорит Грегг. — Если запуск происходит под воздействием внешней силы, будь то землетрясение или дефект поверхности, то мы должны следить за сейсмичностью, за развитием дефектов коры, за деятельностью на поверхности, которая может привести к разломам».
