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

Ол-Доиньо-Ленгаи – самый странный из всех. Но эфиопский щитовой вулкан Эртале тоже необычен: на его вершине находится одно, а иногда и два долгоживущих раскаленных лавовых озера. Ньирагонго, расположенный в Демократической Республике Конго, – удивительный вулкан, полный соединений калия, натрия и кальция, которые входят в состав Ол-Доиньо-Ленгаи. Он не извергает черную лаву, но его раскаленная магма настолько текучая, что может двигаться со скоростью более 90 километров в час. Хотя извержения этих огненных гор могут быть смертоносными, и не раз уже это доказали, они также открывают доступ к очень ценным сокровищам.

Гелий – одно из лучших охлаждающих веществ, которое можно купить за деньги. В жидком состоянии он помогает уберечь дорогостоящее медицинское и научное оборудование от перегревов и взрывов. Мтили исследовал пропасти вокруг Танзанийского кратона, где в результате радиоактивного распада образуется изрядное его количество. Вулканы выбрасывают его на поверхность, где он иногда задерживается в скальных уплотнениях, из которых его можно добывать.

Углекислый газ (CO₂), который вы выдыхаете, может показаться не слишком полезным. Но производители газированных напитков с этим бы не согласились. Вулканическая область Рунгве в Танзании, в которой расположилась целая коллекция относительно спокойных вулканов, все еще выбрасывает в небо огромное количество CO₂. «Компания “Кока-Кола” использует его для получения углекислого газа, – говорит Мтили, – тех самых пузырьков, которые шипят в вашей газировке».

Недавно Мтили и его коллеги отправились туда, чтобы выяснить, откуда этот углекислый газ берется. «Газ выходил на поверхность вдоль русла реки, поэтому там было много пузырьков. И когда мы нашли нужное место, мы очень обрадовались своей находке и буквально бросились туда, чтобы установить оборудование для отбора проб. И вдруг мы почувствовали головокружение», – говорит он, смеясь. Они продолжали попытки установить приборы, и тут их озарило. «Да это же углекислый газ, ребята!» – воскликнул он. Они вдруг заметили мертвых птиц и змей вокруг места утечки, которые задохнулись под завесой прозрачного вулканического газа. Мтили и компания вырвались из газовой хватки смерти и уже вдали от злосчастного русла реки перевели дух. «Мы забыли об основных биологических свойствах углекислого газа, – говорит он, усмехаясь. – Все мы едва не потеряли сознание».

Несмотря на возможные смертельные риски, Мтили хочет и дальше изучать Восточно-Африканскую рифтовую систему – и не только потому, что наука приносит ни с чем не сравнимое удовлетворение. Культуры народов, живущих рядом с вулканами, не менее интересны. В одном месте вулканические процессы приводят к тому, что на поверхность выходит горячий, а иногда и обжигающий солевой раствор. «Люди верят, что это место обладает какими-то целебными свойствами. Они принимают здесь ванны, а некоторые делают соль и используют ее для готовки, – объясняет Мтили. – И они верят, что есть какое-то сверхъестественное божество, которое приносит им эту воду». Когда божество сердится, температура повышается.

Когда речь заходит о научном понимании этих вулканов, наблюдается явный поколенческий разрыв. «Местные жители старшего поколения – кому за семьдесят или за восемьдесят – все еще не отступают от старых представлений, они очень консервативны», – говорит Мтили. Более молодым образовательная система дает научные знания о том, как устроены вулканы. Но, хотя они и признают научные данные, многие продолжают верить, что здесь происходит нечто сверхъестественное. «Это действительно интересное явление: такое сосуществование совершенно разных представлений. Молодые люди не отбрасывают веру своих предков, но в то же время понимают научную подоплеку происходящего», – рассказывает Мтили.

В любом случае, местные жители почти всегда заинтересованы в том, чтобы больше узнать о вулканах, которые почитают. Они увлекаются этой темой, и когда ученые приезжают для проведения полевых работ, местные уже обладают энциклопедическими знаниями о вулкане и о том, где что искать. «Они знают обо всем, что происходит, – рассказывает Мтили, – в том числе о том, какие исследования здесь ведутся. Они помогают ученым найти лучшие места для своих работ».

В течение долгого времени иностранные ученые – как с Запада, так и из других стран Африки – использовали местных жителей просто как носильщиков, переносящих оборудование и другие грузы. Но ситуация меняется. Когда я спрашиваю Мтили, как Лэкстон проводила свои исследования при участии местных ученых и людей, живущих рядом с Ол-Доиньо-Ленгаи, он отвечает: «Это было намного лучше, чем раньше».

«Чем больше мы узнаем о том, как сильно местные жители хотят участвовать в этих исследованиях… – говорит он, а затем делает паузу для размышления. – Они не глупые люди, понимаете? У них тоже есть здравый смысл. Если вы относитесь к ним с уважением и пытаетесь объяснить, что вы на самом деле делаете, проявляете некоторую признательность за знания, накопленные их культурой, то они действительно рады помочь».

Работа Д. Сары Стэмпс, геофизика из Вирджинского технологического института, Элифураха Сария, геофизика из Танзанийского университета Ардхи, и Канг-Хьюн Джи из Корейского института геонаук и минеральных ресурсов Южной Кореи – еще один признак, что времена меняются. Они создали на Ол-Доиньо-Ленгаи сеть GPS-датчиков, которые в режиме реального времени передают исследователям информацию об изменении формы вулкана – сжатии или расширении, в зависимости от того, как ведет себя магма и ее различные составляющие под землей. Если какие-то изменения указывают, что грядет что-то нехорошее, они могут предупредить об этом местные власти.

Датчики принадлежат Университету Ардхи, и в долгосрочной перспективе предполагается, что он возьмет под свой контроль всю сеть приборов. «Мы обучаем танзанийских студентов, так что это не просто иностранцы, которые приезжают, занимаются наукой и уезжают, – говорит Стэмпс. – Мы инвестируем в образование страны». Их конечная цель – постоянно пополнять штат ученых и оборудования, чтобы в конечном итоге создать в регионе полноценную вулканическую обсерваторию. Стэмпс заявляет: «Мы с нетерпением ждем этого дня. Это будет здорово».

Научно доказано: в расплавленном состоянии лава опасна для жизни. Она сжигает все на своем пути. Но микробы могут существовать в условиях, которые большинство животных сочли бы ужасными. То же самое верно для большей части Восточно-Африканской рифтовой системы, где между свежими, неровными потоками все еще раскаленной лавы залегают водные бассейны, в которых обитают самые разные виды живых организмов.

А еще есть эфиопская впадина Данакиль.

Данакиль находится на глубине более 100 метров ниже уровня моря и представляет собой часть Афарской котловины. Только вулканическая насыпь вдоль побережья спасает ее от затопления. «Но когда в далеком прошлом уровень моря был выше, – рассказывает Джексон, – Данакильская впадина была покрыта морской водой». Древние коралловые рифы, морские террасы и соленые минералы напоминают о том, что когда-то это была акватория.

Сказать, что сегодня это место неблагоприятно для жизни – значит не сказать ничего [11]. В этой чаше длиной свыше 250 километров среднесуточная температура составляет 34 °C, и это одно из самых выжженных солнцем мест на Земле. Дождь – большая редкость: за год в Данакиле выпадает всего около 100 мм осадков. А внутри Данакиля находится вулкан Даллол, окруженный бесчисленными гидротермальными водоемами и бассейнами. Это многоцветный адский пейзаж: вулканические химикаты, поднятые восточноафриканским мантийным монстром, окрашивают воды в яркие зеленые, оранжевые, молочно-белые и тошнотворно-желтые цвета. Воздух пропитан зловонием ржавчины, угарным запахом серы и едким хлором. Эти тягучие пары вгрызаются в носовые полости и легкие, если вы осмелитесь приблизиться к небольшим минерализованным курганам, что возвышаются над кипящими бассейнами.

Пурификасьон Лопес-Гарсия, специалистка по разнообразию микроорганизмов из Национального центра научных исследований Франции, работала в окрестностях Даллола при температуре свыше 50 °C. Приходится постоянно пить воду и двигаться очень медленно, чтобы не перегреться. Работа здесь и в окрестностях была, по ее словам, «самым экстремальным опытом» в ее жизни. Микробиолог Фелипе Гомес из мадридского Центра астробиологии говорит, что Даллол выглядит очень красиво, но здесь невероятно жарко и опасно: «Некоторые птицы, увидев воду, окунаются в нее [чтобы попить] и погибают. Я видел целые водоемы, окруженные погибшими птицами. Да, это ужасно».

Но, как гласит аксиома: где есть вода, там есть жизнь. Пока в Даллоле есть вода и химические соединения, которые можно использовать для получения энергии, определенные виды микробов – экстремофилы – могут здесь жить. Примечательно, что некоторые микробы выживают даже при комбинации двух из этих экстремальных условий, а значит, они – полиэкстремофилы. (И воображалы.)

То же самое относится и к Даллолу – по крайней мере, до определенной степени. В процессе эволюции особенно стойкие микробы приспособились к очень высоким температурам. Некоторые из них могут жить и в чрезвычайно соленой среде, а другие преуспевают в удивительно кислой. «Обычно мы говорим, что pH равен нулю, потому что у нас нет зондов, приспособленных для измерения отрицательного pH. Теоретически отрицательного pH не существует», – говорит Гомес. Но здесь некоторые бассейны почти наверняка имеют отрицательный pH. И все-таки жизнь находит выход.

В Даллоле есть гипертермальные бассейны, гиперсоленые пруды и гиперкислотные лужи. Но микробиологов он привлекает тем, что благодаря аномальному источнику вулканического топлива здесь есть водоемы, которые соответствуют всем трем параметрам! Это самая экстремальная среда на Земле. В некоторых из этих водных бассейнов кипит жизнь, но другие, говорит Гомес, полностью мертвы. Иногда экстремальные условия оказываются слишком экстремальными. Иногда вода в бассейнах настолько связана с другими химическими соединениями, что микроорганизмы не могут ее перерабатывать.

«В каком бы экстремальном месте я ни был, если я находил воду, я находил жизнь, – говорит он, рассказывая о своих приключениях на Северном и Южном полюсах, в пустыне Атакама и других уголках планеты. – Единственное исключение – здесь, в Даллоле».

Геобиолог и астробиолог Барбара Кавалацци из Болонского университета считает, что это идеальное место для изучения астробиологии. Если в этих бассейнах будет обнаружена жизнь, значит, она может существовать на грани земных условий. Если жизнь отсутствует, то, возможно, мы обнаружили набор условий, которые не позволяют ей сохраниться, и эту концепцию можно применить к окружающей среде на других планетах. Таким образом, поиск предельных условий в Даллоле – возможно, самом потустороннем месте Восточно-Африканской рифтовой зоны – становится научной задачей с очень важными последствиями.

В 2019 году Гомес и его коллеги опубликовали работу [12], которая, похоже, отодвинула пределы существования жизни в непостижимые дали. Несколько лет назад, используя Данакильскую впадину для калибровки научного инструмента, который в конечном итоге окажется на марсоходе «Кьюриосити», они изучали водоемы вокруг Даллола и обнаружили жирные кислоты, которые можно найти в живых клетках. Исключив возможное загрязнение от ученых, туристов и животных, они обнаружили миниатюрные круглые структуры, замурованные в минеральных отложениях. Исследователи пришли к выводу, что это клетки бактерий.

Для всех это стало большим сюрпризом. На Земле еще не находили жизнь, которая могла бы существовать одновременно в гиперкислотной, гипертермальной и гиперсоленой среде. И все же в этом бассейне смерти, похоже, что-то смогло выжить. Как ни странно, подобные микробы уже были обнаружены в других соленых средах, но не в таких экстремальных условиях. В настоящее время Гомес и его команда пытаются разгадать биофизические механизмы, обеспечивающие выживание микробов, и эта работа действительно находится на переднем крае микробиологии.

Позже в том же году Лопес-Гарсия и ее коллеги опубликовали работу, которая косвенно этому открытию противоречила. Исследуя аналогичные бассейны со всеми тремя экстремальными условиями окружающей среды, они оказались с пустыми руками. Они обнаружили, что переизбыток соли и кислотности губителен для жизни. Высокие концентрации солей магния могут разрушить цепочки молекул и защитные мембраны клеток. Они высасывают воду, в которой нуждаются клетки, а для микробов это смертельно. Ученые также высказали предположение, что крошечные зерна в бассейнах, конечно, похожи на клетки, но это не более чем минералогические имитации, которые можно принять за свидетельства жизни [14].

Гомес сохраняет бодрость духа и уверенность. Несколько лет назад он бы тоже не поверил в результаты своей работы. Но с каждым годом пределы существования жизни, похоже, только расширяются.

Однако все согласны, что единственная причина, по которой жизнь вообще может существовать на Даллоле, – это вулканические процессы, пронизывающие Восточную Африку. Вулканы обеспечивают тепло и поток химических веществ, которые микробы могут использовать в качестве источников энергии. Добавьте немного воды, и вы получите дом для маленьких, но очень авантюрных организмов.

Вулканы могут быть опасны. «Но с научной точки зрения все совсем наоборот, – говорит Гомес. – Сама Земля сформировалась благодаря вулканам». И никто не знает наверняка, но похожие экстремальные условия, вероятно, дали начало первым формам жизни, от которых произошли все живые существа.

Вулканические процессы Восточно-Африканской рифтовой системы поддерживают не только микробную жизнь. Люди, миллионы которых сегодня живут в этом регионе, бродили по нему задолго до начала письменной истории.

Некогда в прошлом на южном берегу озера Натрон, недалеко от Ол-Доиньо-Ленгаи, Конго Саккае, масаи, живущий в Энгаре-Серо, нашел в пепельной грязи множество странных следов. Вскоре после начала нового тысячелетия он случайно упомянул об этом нескольким сотрудникам близлежащего туристического лагеря. В то время в лагере останавливался американский эколог. Вернувшись домой, он рассказал об этих следах своим друзьям, в том числе Синтии Люткус-Пирс, седиментологу и палеоэкологу из Аппалачского государственного университета.

«Я получила первые фотографии этого места 1 апреля 2008 года – в День дурака», – рассказывает она. Люткус-Пирс думала, что кто-то решил подшутить над ней, тогда еще молодым членом кафедры. Но ее коллега быстро доказала, что снимки настоящие. Вскоре она собрала команду специалистов; в 2009 году они вылетели на место, чтобы провести экспертизу.