Супервулканы. Неожиданная правда о самых загадочных геологических образованиях Вселенной: читать начало книги онлайн

К счастью, это была их единственная неудача. Остальные шейкеры для коктейлей и мерки для вина отказались присоединиться к своим сгинувшим собратьям, и команда набрала шесть образцов черной лавы. Их высушили на воздухе, как кусочки геологического вяленого мяса, чтобы сохранить их состав и первозданную текстуру. Несмотря на то что не все исследовательские задачи были выполнены, ограбление вулкана прошло успешно. После этой миссии всем долго пришлось приводить себя в порядок. Но триумф, достигнутый благодаря хорошему планированию, коллективным усилиям и простому, но эффективному оборудованию, многого стоил.

Теперь, говорит Лэкстон, осталась самая трудная задача – расшифровать лаву. Прежние образцы были взяты на гораздо более поздней стадии жизненного цикла вулкана, сообщает Лю. Новые образцы получены ближе к началу цикла, вскоре после крупного извержения. Наблюдение за тем, как химический состав лавы меняется от одного этапа к другому, может подсказать ученым, почему этот цикл вообще существует.

Однако не все циклы одинаковы. Извержений по четкому расписанию от вулканов никто не ожидает, и Ол-Доиньо-Ленгаи не исключение.

Еще в 2007 году взрывное извержение потрясло вершину. «Случилось так, что мой бывший ученик проводил медовый месяц, путешествуя по Африке, и случайно оказался у Ол-Доиньо-Ленгаи», – рассказывает Фишер. О романтике пришлось забыть. Ученик позвонил Фишеру, рассказал ему об извержении и попросил отправить в это место несколько приборов, чтобы получить данные. Наука требует жертв, что тут говорить.

В 2009 году Фишер и его бывший студент вернулись к вулкану, чтобы взять еще несколько образцов. Химический состав лавы говорил о том, что внутрь вулкана, пополнив его запасы, попало большое количество густой магмы, насыщенной кремнеземом. Благодаря этому толчку давление внутри магмы возросло, и порода, удерживающая ее под землей, перестала быть надежной преградой. Бум! На вершине образовалась дыра, и цикл начался заново: с тех пор черная лава изливается в новый кратер.

Данных пока не так много, и на Ол-Доиньо-Ленгаи было задокументировано всего несколько циклов извержений. Но, судя по нескольким предыдущим, кульминация извержения в 2007 году наступила несколько раньше, чем ожидалось. Возможно, из-за этого выброса магмы, говорит Фишер, «вулкан получил небольшой пинок под зад».

Лэкстон и ее команда – лишь некоторые из исследователей, активно изучающих Ол-Доиньо-Ленгаи. Провести успешные полевые работы на вулкане настолько сложно, что любые сведения имеют огромное значение. Соберите достаточно данных. И вы сможете разгадать крошечный кусочек головоломки. И за последние несколько десятилетий накопилось достаточно информации, чтобы на один из главных вопросов о вулкане – а именно почему он производит лаву, которая представляет собой расплавленный эквивалент известковой накипи, – появился ответ.

Лава – это просто магма, которая вышла на поверхность, а ингредиенты для этой магмы и газы, заключенные в ней, поступают из какого-то источника. Если вы найдете этот источник, то узнаете, что привело к образованию вулкана. Так что возьмите немного лавы и ее газов, и вы сможете решить головоломку.

Карим Мтили работает над магистерской диссертацией в Университете Дар-эс-Салама. Сказать, что он знает свое дело – значит ничего не сказать: университет предложил ему постоянную должность преподавателя, когда он еще не закончил обучение. Он увлечен поиском гелия в этом регионе. Гелий относится к категории инертных газов – затворников, которые настолько апатичны с химической точки зрения, что редко вступают в реакцию с другими веществами. Это, по словам Мтили, означает, что гелий может выходить из-под земли на глубине сотен километров и достигать поверхности в том же виде, в каком он был в начале своего пути.

Существует два атомарно стабильных вида гелия: гелий-3 и гелий-4, причем последний немного тяжелее благодаря дополнительному нейтрону в ядре. Гелий-3 – это так называемый первозданный гелий. Он был заперт внутри Земли во время формирования планеты миллиарды лет назад и сейчас хранится в мантии под земной корой. Гелий-4 – новичок, побочный продукт радиоактивного распада урана и тория в земной коре. Вулканические процессы время от времени выделяют газ гелий при подъеме магматического бульона. Если из бульона выделяется больше гелия-3, это означает, что магма вышла из мантии. Большее количество гелия-4 говорит о том, что значительная часть процесса ее приготовления происходила в земной коре.

Гелий – это всего лишь один из газов, с помощью которых можно отследить источник вулканического топлива. Во время своей поездки в 2005 году Фишеру удалось собрать множество отличных образцов различных вулканических газов. Он сумел показать, что значительная часть углерода в составе магмы Ол-Доиньо-Ленгаи происходит из мантии. Другими словами, черная лава берет свое начало не на поверхности, а глубоко под землей.

Спустя еще одно десятилетие работы, которую на основе первых исследований провел в этом регионе Фишер и его коллеги, в 2020 году они разработали модель [10], которая объясняет принципы жизнедеятельности этого вулкана.

Литосфера – сэндвич из коры и верхней мантии, составляющий кожу нашей планеты, – не везде одинакова. Ол-Доиньо-Ленгаи и целый ряд мертвых карбонатитовых вулканов занимают пограничную территорию. На востоке находится более молодая и тонкая литосфера. На западе – большой кусок искореженных континентальных пород, глыба возрастом 3 миллиарда лет или больше, названная Танзанийским кратоном. За свою долгую историю мантийные плюмы много раз поднимались из Тартара, щекоча подбрюшье кратона и снабжая его большим количеством твердого углерода. Кстати, именно из этого углерода, вероятно, и происходят алмазы. Они не сделаны из спрессованного угля в земной коре – это миф. Алмазы образовались в мантии и были выброшены на поверхность вулканическими трубами давным-давно со скоростью от 160 до 2000 километров в час.

Танзанийский кратон настолько толстый, что его фундамент, богатый углеродом, залегает очень глубоко в мантии. Этот углерод находится под таким давлением, что, как ни старайся, он не может расплавиться. Но он с удовольствием скользит вверх вдоль границы между кратоном и более тонкой литосферой на востоке. По мере того как это углеродное соединение поднимается к верхней мантии, оно декомпрессируется и начинает плавиться. Эти расплавы без труда пробивают тонкую литосферу, а затем устремляются вверх к коре, где некоторое время накапливаются и варятся.

Теперь у вас есть расплавы, богатые углеродом, и расплавы, богатые кремнеземом. Они не уживаются друг с другом. «Это как масло и вода, – рассказывает Лю, – они держатся раздельно. То же самое происходит и в магме. Если она перенасыщена каким-то компонентом, например углеродом и карбонатами, то с точки зрения термодинамики ей проще разделиться на две жидкости». В критический момент расплав, богатый кремнеземом, велит расплаву, богатому углеродом, убираться восвояси, и тот уходит, превращаясь в карбонатитовую магму. Она менее плотная, чем расплав, богатый кремнеземом, и сидит на нем сверху, словно крышка.

Многие вулканы по всему миру выделяют углекислый газ. Ол-Доиньо-Ленгаи извергает много углекислого газа. Именно так вулканы обычно избавляются от углерода. При низком давлении карбонатит разрушается. Если взять известняк и попытаться расплавить его прямо под землей, он распадется, и вы получите углекислый газ и оксид кальция. Как же Ол-Доиньо-Ленгаи умудряется извергать черную карбонатитовую лаву? Как и во многих рецептах, в которых нужна какая-то изюминка, чтобы блюдо выгодно отличалось от других, все, что вам нужно, – это немного соли, точнее, элемента натрия.

Натрий соединяется с нашей расплавленной известковой магмой. Он превращает карбонатит в натрокарбонатит, который вполне может оставаться на поверхности в стабильном жидком состоянии. И именно так, как подозревают некоторые ученые, Ол-Доиньо-Ленгаи производит свою лаву.

Мы достигли большого прогресса в решении загадки о странном химическом составе лавы Ол-Доиньо-Ленгаи. Но второй масштабный вопрос остается открытым: почему это единственный вулкан в мире, извергающий такую необычную лаву? Что отличает Ол-Доиньо-Ленгаи от других?

Граница между Танзанийским кратоном и тонкой литосферой на востоке занимает немалую территорию, так почему же только Ол-Доиньо-Ленгаи использует преимущества своего местоположения? Ответ Фишера более-менее повторяет слова всех, с кем я на эту тему разговаривал. «У меня нет четкого ответа на этот вопрос, – говорит он, пожимая плечами. – Может быть, некоторые вулканы поблизости извергали карбонатиты в предыдущих геологических эпохах, но доказательства были похоронены под потоками обычной лавы. Никто не знает наверняка».

Ответы на эти вопросы не только помогут раскрыть новые тайны Ол-Доиньо-Ленгаи. Вулкан, по словам Фишера, – это настоящие ворота в мир мантии. На долю мантии приходится 84 % объема всей планеты, поэтому понимание того, как она работает и как влияет на то, что происходит на поверхности, имеет огромное научное значение. Неудобно то, что мантия находится очень глубоко, и поэтому недоступна для большинства наших технологических приспособлений. Но здесь, по обе стороны толстого Танзанийского кратона, происходит нечто странное. Мантия подбирается удивительно близко к поверхности. Даже слишком близко.

Помните, мы говорили о мантийных плюмах, которые на протяжении миллиардов лет обеспечивали Ол-Доиньо-Ленгаи твердым углеродным топливом? Похоже, что последние несколько десятков миллионов лет под всем этим регионом действовал гораздо более масштабный собрат, в результате этот уголок Африки вздулся, треснул и разорвался на части, породив целое семейство странных вулканов, протянувшихся на тысячи километров. Да, Ол-Доиньо-Ленгаи – очаровательная гора-изгой, но в грандиозном замысле природы это всего лишь одна нить в причудливом вулканическом гобелене.

Восточная Африка разделяется на части.

Аравийский полуостров – большой участок суши, на котором расположены Саудовская Аравия, Йемен, Оман, Объединенные Арабские Эмираты, Катар, Бахрейн и Кувейт – часть Аравийской тектонической плиты. Много миллионов лет назад она начала отделяться от Африканской плиты, которая включает в себя бо́льшую часть Африканского континента и приличную долю Атлантического океана.

Сама Африканская плита в настоящее время раскалывается на части. Вдоль широкой полосы суши длиной в тысячи километров, от Красного моря между Аравийским полуостровом и Восточной Африкой до Мозамбика, Африканская плита разделена на две: Нубийская плита расположена на северо-западе, а Сомалийская – на юго-востоке. Обе плиты движутся в противоположных направлениях. Этот тектонический разлом известен как Восточно-Африканская рифтовая система. Восточная Африка отделяется от остального континента на 10–15 сантиметров каждое десятилетие.

Специалист по геологическим бассейнам из Имперского колледжа Лондона Кристофер Джексон и специалист по движению тектонических плит из Оксфордского университета Лусия Перес-Диас рассказали мне об эволюции и особенностях этого разлома. Он начался где-то на границе Африканско-Аравийской плиты. Наверху можно найти тройной узел, где Аравийская, Нубийская и Сомалийская плиты движутся в разных направлениях. «И то, что находится в середине этой тройной границы – вовсе не что-то вроде Ока Саурона или логова, из которого явится кракен», – шутит Джексон. Ну и слава богу!

Зато у нас есть Афарская котловина, огромная топографическая чаша в Эфиопии. Литосфера здесь растянулась в результате движения этих трех тектонических плит, словно мягкое тесто для пиццы. Здесь произошло множество извержений, как поблизости к земной коре, так и в ней самой, увеличивая ее вес и заставляя прогибаться вниз, в ту впадину, которую мы и можем наблюдать сегодня.

Отсюда рифт постепенно разворачивался в юго-западном направлении. Около 25 миллионов лет назад он столкнулся с мощным, неприступным Танзанийским кратоном. Решив, что для его разрушения потребуется слишком много усилий, рифт разделился на две части, обогнув его на западе, от Уганды до Малави, и на востоке, через Эфиопию, Кению и Танзанию. В обеих частях есть вулканы, но западная известна в основном своими ярко выраженными землетрясениями, а восточная – вулканическими процессами. Ол-Доиньо-Ленгаи находится недалеко от южной оконечности Восточного рифтового участка.

Виновник этого акта разделения континентов не пытается скрыться. Химический состав лавы, извергаемой десятками действующих вулканов вдоль Восточно-Африканского разлома, ясно показывает, что многие из них получают свои ингредиенты из мантии. Два огромных купола, один из которых возвышается над Эфиопией, а другой – над Кенией, как считается, возникли под воздействием мантийных плюмов, приподнимающих кору. Ученые более или менее согласны, что под Восточной Африкой располагается серия больших мантийных плюмов или один огромный, заряженный под завязку, – так называемый Африканский суперсвелл. Эта огромная масса материала настолько плавучая, что поднимает кору над собой; настолько горячая, что размывает и истончает кору; настолько подвижная, что раздвигает Африканскую плиту в двух разных направлениях. Именно благодаря этому мощному воздействию появился чудо-вулкан.

«Если вы хотите посмотреть на вулканы, отправляйтесь к Восточно-Африканскому рифту, потому что он будто создан для этой цели», – уверен Джексон. Кора растягивается, нижняя мантия движется вверх, распадается и плавится, производя множество странных магматических потоков, а из-за разломов и трещин в коре вулканы появляются буквально повсюду.

В других местах планеты можно найти природные условия, которые чем-то похожи на Восточно-Африканскую рифтовую систему. «Но здесь все более экстремально, и он очень длинный, верно? Он огромный, – говорит Фишер, возбужденно жестикулируя, – это грандиозное место, вы осознаете, что все это существует уже очень давно, но при этом все вокруг постоянно меняется – и здесь есть совершенно сумасшедшие вулканы».