«Супервулканы»: скрытая угроза
На прошедшей неделе средства массовой информации обсуждали сообщение ученых НАСА о том, что извержение супервулкана представляет куда большую опасность для человечества, чем столкновение Земли с астероидом.
Повышенная опасность супервулканов видится в том, что их извержение считается куда более вероятным событием (хотя, как мы увидим далее, это спорное утверждение), а также о нем нельзя узнать заблаговременно, как о приближающемся к нашей планете астероиде, и принять своевременные меры. Однако другие исследователи считают такие опасения чрезмерными, а предлагаемые способы «охлаждения» суперулканов — нереальными.
Так называемые «супервулканы» не отличаются чем-то принципиально от обычных вулканов. Это вообще не научный, а скорее публицистический термин, ставший популярным после выхода в 2000 года на BBC документального сериала, посвященного мощным вулканом. Обычно супервулканом называют вулкан, способный произвести извержение в 8 баллов по шкале эксплозивности (VEI, Volcanic Explosivity Index), предложенной в 1982 году американскими вулканологами Кристофером Ньюхоллом и Стивеном Селфом. Восемь баллов по этой шкале означает, что объем вещества, выброшенного при извержении вулкана, должен превышать тысячу кубических километров. Для сравнения вулкан Тамбора в 1815 году извергнул от 150 до 180 кубических километров вещества, Кракатау в 1883 году всего лишь 12 км³, Пинатубо в 1991 – 10 км³ (фотография этого извержения представлена на заглавной иллюстрации), Везувий в 79 году, по оценке ученых – 3 км³, Эйяфьядлайёкюдль в 2010 году – и вовсе 0,25 км³. Извержение в 8 баллов по шкале VEI называют иногда мегаизвержениями.
В исторический период человечество не сталкивалось с мегаизвержениями. Но геологи хорошо распознают их следы. Поэтому мы можем установить, что за последние 485 миллионов лет (с ордовикского периода) супервулканы извергались 47 раз. Самые последние из этих извержений люди застали, но на очень раннем этапе истории.
Примерно 26 500 лет назад случилось извержение вулкана Таупо на острове Северный в Новой Зеландии. Оно имеет собственное имя – извержение Оруануи. Общий объем извергнутых веществ составил 1170 кубических километров. В центральной части острова высота слоя вулканического пепла составляла не менее 200 метров. Если бы подобное случилось в Москве, то от главного здания МГУ на поверхности торчала бы только часть шпиля. Позднее, около 180 года до н. э., вулкан Таупо извергался снова (извержение Хатепе). На этот раз все было скромнее, но по мировым масштабам это было серьезное извержение: около 120 км³ выброшенного материала, что соответствует семи баллам по шкале VEI. Люди при этом извержении не пострадали, так как Новая Зеландия была заселена лишь в 1250 – 1300 годах, но китайские хроники сохранили упоминания о красном цвете неба в то время. После этого Таупо извергался в 260 году, еще слабее, и с тех пор извержений не было. В кальдере вулкана сейчас находится одноименное озеро – самой большое в Новой Зеландии, площадью 616 квадратных километров.
Другое мегаизвержение, которое застали люди, случилось около 75 000 лет назад. Извергался вулкан Тоба на севере Суматры. Объем выброса оценивается примерно в 2800 км³. Следы вулканического пепла от Тобы находят в центральной Африке, а при бурении ледовых кернов в Гренландии и Антарктике отмечается, что в период, на которой приходится это извержение, в атмосфере Земли резко возросло содержание соединений серы. Предполагают, что выброшенная в атмосферу пыль затруднила доступ солнечных лучей и вызвала «вулканическую зиму», продлившуюся от шести до десяти лет. А общее похолодание климата продолжалось около тысячи лет, правда, неясно, насколько оно связано именно с извержением Тобы, так как извержение произошло уже в ходе ледниковой эпохи.
Ряд ученых полагает, что вулкан Тоба поставил под угрозу существование людей. После его извержения численность Homo sapiens резко сократилась всего нескольких тысяч человек. Так называемый «эффект бутылочного горлышка» – обеднение генофонда из-за сокращения численности – в ранней истории человечества подтверждается генетическими исследованиями. Когда-то в глубокой древности людей осталось не более десяти тысяч. Но есть исследователи не согласные, что это было связано именно с Тобой. Палеоклиматологи спорят о величине снижения средней температуры на Земле под воздействием вулканического пепла. Антрополог Майкл Петралгиа обнаружил, что на юге Индии следы пребывания людей встречаются в слоях отложений и до, и после слоя вулканического пепла с Тобы. С другой стороны, тамошние обитатели действительно не должны были погибнуть сразу после извержения и за оставшиеся им годы, постепенно вымирая от холода и голода, могли оставить свои артефакты в верхних слоях отложений. Пока связь сокращение человеческой популяции и вулкана Тоба остается гипотезой, хотя и весьма вероятной.
Вулканическая активность в Йеллоустонском национальном парке США была известно давно, но кальдера супервулкана была обнаружена там лишь в 1960-е годы геологом Робертом Кристиансеном. Позднее ее существование было подтверждено при сопоставлении карт Кристиансена со снимками территории национального парка, сделанными из космоса. Кальдера занимает около трети территории парка. Геологи выяснили, что катастрофических извержений в Йеллоустоне было три. Первое случилось около 2,1 миллиона лет назад. Объем выбросов достиг порядка в 2500 км³. В результате извержения возникла кальдера Айленд-Парк на территории штатов Айдахо и Вайоминг. Ее размер примерно 80 на 65 километров. Следующее извержение было самым слабым из трех. Оставшаяся после него кальдера – Хенрис-Форк, размером 29 на 37 км – лежит внутри кальдеры Айленд-Парк. Объем выброшенного материала составил 280 км³ (VEI 7).
Наконец, последнее по времени извержение Йеллоустонского супервулкана, сформировавшее нынешнюю кальдеру, произошло примерно 640 000 лет назад. Оно было мощнее второго, но слабее первого извержения. Объем изверженного материала оценивается 1000 км³, слой вулканического пепла накрыл значительную часть Северной Америки. Возникшая после извержения туфовая формация Лава-Крик имеет мощность до 200 метров.
Пепловый слой третьего извержения Йеллоустонского супервулкана
Стоит упомянуть и еще один супервулкан на территории США – кальдеру Лонг-Велли в восточной части штата Калифорния. Ее размеры 32 на 18 километров. Возникла кальдера в результате извержения, произошедшего около 760 тысяч лет назад. Скорее всего, это извержение немного не дотягивало до 8 баллов по шкале VEI, объем выбросов оценивается в 750 км³. Но сейсмическая активность в районе Лонг-Велли весьма высока, а значит вулкан может проснуться снова.
Карта кальдеры Лонг-Велли
Всего на Земле сейчас насчитывают около двадцати супервулканов. Миллионы или тысячи лет они дремлют, давая о себе знать выходами вулканических газов (фумаролами), гейзерами, грязевыми котлами. Но остается риск, что они снова покажут, на что способны. И наибольшие опасения у исследователей из НАСА вызывает Йеллоустонский супервулкан. В его окрестностях ежегодно происходит от 1000 до 2000 землетрясений, правда, большинство из них имеет магнитуду 3 и ощущается только приборами. Йеллоустонское плато поднимается со скоростью 1,5 сантиметра в год, что указывает на увеличение давления магмы. Максимальной скорость подъема была в 2004 – 2008 годах, когда составляла более семи сантиметров в год.
Оценивая потенциальную мощность извержения Йеллоустонского, они говорят, что потоки лавы уничтожат все в радиусе 97 километров, а Вайоминг и соседние штаты покроет метровый слой вулканического пепла. Но эти события, катастрофические в масштабах континента, уступают последствиям возможного извержения для всей Земли. Если в атмосферу будет выброшено достаточно много пепла и газов, Солнце может скрыться на несколько лет, а «вулканическая зима» – затянуться на десятилетия, от голода умрут миллионы людей.
Геологическое строение Йеллоустонского супервулкана
Правда, не все склонны воспринимать угрозу Йелоустона так остро. В 2005 году Геологическая служба США, Университет штата Юта и Вулканологическая обсерватория Йелоустона (YVO) объявили, что «не видят доказательств того, что в обозримом будущем произойдет еще одно такое катастрофическое извержение в Йеллоустоне. Периодические интервалы этих событий не являются ни регулярными, ни предсказуемыми». Хотя в 2013 году ученые из Юты установили, что скопление магмы под Йеллоустоном значительно крупнее, чем считалось, YVO прокомментировала это так: «Несмотря на увлекательность, новые результаты не предполагают увеличения геологических опасностей в Йеллоустоне и, конечно же, не увеличивают шансов на «мегаизвержение» в ближайшем будущем».
Северо-восточная часть кальдеры в наши дни
Небольшие землетрясения, колебания грунта, а также выбросы газов в Йеллоустоне представляют собой рядовые события и не отражают предстоящих извержений. Данные о сейсмической и вулканической активности можно в режиме реального времени наблюдать на сайте YVO. Вероятность катастрофического извержения в Йеллоустоне можно оценить, исходя из промежутков времени между тремя мегаизмержениями прошлого. В таком случае шансы, что оно произойдет в конкретный год, равны 1 из 730 000, или 0,00014%. Это сопоставимо с вероятностью столкновения Земли с крупным астероидом.
Мегаизвержение вряд ли наступит завтра, или через десять лет, или на глазах нынешнего поколения людей. Но оно может случиться и в течение XXI века, и позже. Поэтому ученые считают, что готовиться к такой угрозе надо уже сейчас. И они подготовили план действий. О нем рассказал Брайан Уилкокс (Brian Wilcox) из Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене. Именно это выступление и привлекло в последние дни внимание прессы к супервулканам. В кальдере Йеллоустонского вулкана Уилкокс и его единомышленники предлагают пробурить скважины до разогретых горных пород. Туда они намерены закачивать воду, которая, нагреваясь, будет охлаждать вулкан, а заодно и служить источником энергии в геотермальных электростанциях.
Однако у многих геологов такое предложение, наверняка, вызовет скептическую реакцию (сам Уилкокс специалист по робототехнике). Для реализации плана потребуется дорогостоящее бурение сверхглубоких скважин, да еще сквозь горячие, мягкие горные породы. Когда температура и давление станут близкими к магматическим, скважина будет быстро закрываться минералами, кристаллизирующимися из жидкости. Даже, если эти трудности удастся преодолеть, затратив огромное количество средств, не факт, что количество воды, которое люди смогут закачивать в скважины, эффективно охладит магму.
