Йеллоустонский супервулкан оказался ещё ближе к поверхности, чем считалось

Йеллоустонский супервулкан — один из крупнейших действующих вулканов на Земле, и новое исследование показывает, что его магматический источник находится «ближе, чем предполагалось».

Раньше учёные считали, что супервулканы питаются огромными камерами жидкой магмы внутри земной коры. Однако группа китайских исследователей теперь показала, что двигатель, управляющий Йеллоустоном, находится гораздо ближе к поверхности, чем ожидалось.

Вместо того чтобы черпать магму из глубин Земли, Йеллоустонский вулкан получает её из слоя «магматической каши» (магма-маш) прямо под земной корой.

Исследователи предполагают, что вулкан находится на вершине большой, протяжённой зоны частично расплавленной породы, известной как система «магматической каши». Когда тектонические силы растягивают и разрывают внешнюю оболочку Земли, расплавленная порода просачивается из верхних краёв полутвёрдой мантии, заполняя магматические камеры Йеллоустона. В конце концов, если накапливается достаточно магмы и давление под поверхностью становится достаточным, эти процессы приводят к вулканическому извержению на поверхности.

Это открытие последовало за недавними опасениями экспертов, что супервулкан Йеллоустона более активен, чем считалось ранее, что усилило страхи о неизбежном извержении.

Что такое супервулкан?

Супервулканы — это чрезвычайно крупные вулканы, которые взрываются с силой, достаточной для выброса более 1000 кубических километров (240 кубических миль) горных пород, пепла и лавы. В своей статье, опубликованной в журнале Science, исследователи объясняют, что такие извержения являются «одним из самых катастрофических геологических явлений на Земле, оказывающих широкомасштабное воздействие на окружающую среду, включая нарушение климата и события массового вымирания».

Йеллоустонский супервулкан, который находится под 48-на-64-километровым кратером Йеллоустонской кальдеры, произвёл два таких суперизвержения за последние 2,1 миллиона лет.

Ранее учёные полагали, что супервулканы имеют большую «магматическую камеру», которая заполняется расплавленной породой до тех пор, пока давление не становится слишком высоким и не происходит извержение. Согласно этой теории, камера вулкана заполнялась узкими колоннами перегретой породы, поднимающимися из глубин Земли, известными как «магматические плюмы».

Однако оказалось, что эти предполагаемые магматические камеры заметно отсутствуют под крупнейшими супервулканами — включая Йеллоустон.

Новая модель: каша, а не камера

Вместо этого исследователи предполагают, что лава Йеллоустона поступает из области прямо под жёсткой внешней оболочкой Земли. Эта область, известная как астеносфера, представляет собой более мягкий слой, который движется очень медленно в течение миллионов лет.

По мере того как расплавленная порода поднимается из верхней части астеносферы, она взаимодействует с твёрдым материалом над ней, создавая очень вязкую магматическую кашу. В то же время слой горячей породы, устойчиво текущий на восток под кальдерой, разрывает жёсткую породу внешней коры. Это создало канал, позволяющий магме подниматься и заполнять кашицеобразные камеры вулкана расплавленной породой.

Важнейшее следствие этого открытия заключается в том, что Йеллоустон может заполнять свои потенциально взрывоопасные магматические камеры только за счёт тектонической активности, без какой-либо необходимости в глубоком магматическом плюме.

Доктор Джейми Фаррелл, доцент кафедры геологии и геофизики Университета Юты, написал в обзоре, что это «имеет решающее значение для оценки опасности вулканической системы Йеллоустона и других подобных вулканических систем по всему миру».

Признаки растущей активности

Хотя Геологическая служба США (USGS) прогнозирует, что до вероятного извержения супервулкана остаётся ещё около 100 000 лет, появляется всё больше признаков активности.

В недавнем исследовании учёные использовали искусственный интеллект, чтобы обнаружить более 86 000 «скрытых землетрясений» в период с 2008 по 2022 год. Это в 10 раз больше толчков, чем учёные обнаружили ранее.

Что ещё более тревожно, более половины этих землетрясений произошли роями — небольшими группами взаимосвязанных толчков, которые, как известно, предшествуют вулканической активности. Исследователи говорят, что эти «хаотичные» рои двигались вдоль шероховатых, молодых линий разломов, проходящих глубоко под Йеллоустонской кальдерой.

Эти скопления сейсмической активности, вероятно, вызваны горячей, богатой минералами водой, проталкивающейся сквозь трещины в породе. Однако эксперты предполагают, что эти толчки являются признаком паровых и газовых извержений, которые производят гейзеры, а не разрушительного магматического извержения.

Что произойдёт при извержении?

Если Йеллоустонский супервулкан всё же извергнется, исследования показывают, что он покроет пеплом до двух третей территории США. Целые штаты могут стать непригодными для жизни, поскольку токсичный воздух пройдёт через них, заставляя тысячи рейсов приземлиться и миллионы людей покинуть свои дома.

Можно ли предотвратить извержение?

Недавние исследования обнаружили небольшую магматическую камеру, известную как верхнекоровый магматический резервуар, под поверхностью. NASA считает, что бурение на глубину до 10 км в супервулкан под Йеллоустонским национальным парком для закачки воды под высоким давлением могло бы охладить его. Несмотря на то, что миссия обойдётся в 3,46 миллиарда долларов, NASA считает это «наиболее жизнеспособным решением».

Использование тепла в качестве ресурса также даёт возможность оплатить план — его можно использовать для создания геотермальной электростанции. Но этот метод подавления супервулкана потенциально может дать обратный эффект и спровоцировать то самое суперизвержение, которое NASA пытается предотвратить. Бурение в верхнюю часть магматической камеры «было бы очень рискованным», однако осторожное бурение с нижних сторон могло бы сработать.

Даже помимо потенциальных разрушительных рисков, план охлаждения Йеллоустона с помощью бурения не так прост. Это был бы мучительно медленный процесс, который происходил бы со скоростью один метр в год, а это означает, что потребуются десятки тысяч лет, чтобы полностью его охладить. И всё равно не было бы гарантии, что он будет успешным по крайней мере сотни или, возможно, тысячи лет.

Открытие того, что Йеллоустон питается не из глубоких мантийных плюмов, а из относительно неглубокой «магматической каши» (magma mush), — это не просто академический спор. Это меняет оценку вулканической опасности не только для Йеллоустона, но и для других супервулканов мира — от Тоба в Индонезии до Кампи Флегрей в Италии.

Почему это важно? Классическая модель с глубинным плюмом подразумевала, что супервулкан — это «бомба замедленного действия»: плюм поднимается из недр независимо от того, что происходит на поверхности. Его нельзя остановить, и он может «выстрелить» в любой момент, когда давление станет критическим. Новая модель говорит о другом: источник магмы — это астеносфера, которая находится прямо под корой, и сам процесс растяжения коры тектоническими силами. Это означает, что активность Йеллоустона жёстко связана с тектоникой региона. Если тектонические процессы замедлятся, замедлится и поступление магмы.

С точки зрения краткосрочного прогноза (ближайшие тысячи лет) это даже обнадёживает: суперизвержение требует не только накопления магмы, но и определённой конфигурации напряжений в земной коре. Но с точки зрения долгосрочной эволюции планеты, вывод тревожен: подобные «неглубокие» системы могут быть более чувствительными к изменениям на поверхности, например, к таянию ледников или эрозии. Сбросьте с Йеллоустона пару километров горных пород (ледником или оползнем) — и давление в камере упадёт, что может спровоцировать извержение.

Отдельного внимания заслуживают «скрытые землетрясения», обнаруженные с помощью ИИ. Тот факт, что их в 10 раз больше, чем считалось, говорит не о том, что вулкан стал активнее, а о том, что наши методы наблюдения стали чувствительнее. ИИ проанализировал старые сейсмические записи и нашёл то, что раньше человеческий глаз пропускал — очень слабые, микро-землетрясения магнитудой менее 1. Но сам факт, что половина из них — рои, а не одиночные толчки, действительно настораживает. Рои часто сопровождают движение флюидов (воды, газа, расплава) в вулканических системах. Но в Йеллоустоне эти рои, скорее всего, связаны с гидротермальной системой (гейзеры, горячие источники), а не с движением магмы. Вода просачивается в трещины, нагревается, расширяется и вызывает микро-толчки. Это не предвестник извержения, а просто «дыхание» живого вулкана.

Что касается идеи NASA пробурить скважину и закачать воду, чтобы охладить вулкан — это звучит фантастично, но на практике почти безумно. Даже если технически возможно пробурить 10 км в сверхтвёрдую породу при температуре под 1000°C, мы говорим о временных масштабах в десятки тысяч лет. Человеческая цивилизация в её нынешнем виде существует всего около 10 000 лет. Ни одно правительство не станет финансировать проект, результат которого увидят (если увидят) через 500 поколений. К тому же, как справедливо отмечают критики, такое бурение может спровоцировать извержение — мы просто не знаем, как поведёт себя магматическая камера при локальном охлаждении. Может, она затвердеет и заблокируется, а может, наоборот, треснет от теплового удара.

Так что же нам, простым обывателям, делать с этой информацией? Паниковать не стоит. USGS оценивает вероятность суперизвержения в любой данный год как 1 к 730 000. Для сравнения: вероятность погибнуть от падения метеорита — 1 к 75 000. Но стоит помнить, что Йеллоустон — это не только потенциальная бомба, но и одна из самых красивых геотермальных областей мира. Гейзеры, грязевые котлы, фумаролы — всё это работает на том самом «магма-маше», который находится всего в 5-10 км под ногами туристов. Мы живём на тонкой скорлупе над кипящим котлом. И новое исследование напоминает нам, что котёл этот — не гигантский глубокий плюм из центра Земли, а что-то гораздо более близкое и, возможно, более непредсказуемое. Но пока что он просто греет нам воду и кормит бизонов. А о следующем суперизвержении, скорее всего, будут гадать уже не люди, а те, кто придёт после нас — через 100 000 лет.