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

Но не все поверили в существование разломов. Одним из скептиков был знаменитый исследователь океана Жак Кусто. Он протащил камеру, прикрепленную к специальным саням, по морскому дну Атлантического океана, предполагая, что ничего не увидит. Но когда камера неловко наткнулась на гигантский центральный хребет вулканических гор, прежде чем погрузиться в рифтовую долину, он был обращен в новую веру и в итоге показал отснятый материал восхищенному собранию исследователей океана в Нью-Йорке в 1959 году. В том же году работа группы ученых из Колумбийского университета, включая новаторские карты и зарисовки Тарп, была опубликована Геологическим обществом Америки.

На этом этапе никто ничего не знал о механизме образования Срединно-Атлантического рифта и не понимал, как он вообще появился. Хизен подозревал, что разломы сформировались в результате раскалывания земной коры. Но идея, что эта сила может перемещать целые континенты, создавать суперконтиненты, а затем разделять их на части, все еще считалась надуманной и слишком экстравагантной.

Напряжение нарастало. В какой-то момент директор геологической обсерватории Ламонта в Колумбийском университете, который был категорически против теории дрейфа континентов, попытался отстранить Хизена от работы и лишить его доступа к океаническим данным университета. У него не получилось этого добиться, но Тарп была уволена. К счастью, Хизен, который к тому времени заручился поддержкой большого круга единомышленников по всему миру, продолжал платить ей деньги через гранты ВМС США, что позволило ей продолжать работу из дома.

Это были 1960-е годы: дух революции витал в воздухе. В журнале National Geographic вдохновились экспедицией по Индийскому океану и захотели, чтобы кто-то обладающий художественными способностями создал яркое и наглядное изображение морского дна. Они наняли австрийского художника Хайнриха Беранна. Началось все с письма его маленькой дочери, в котором она похвасталась, что ее отец может нарисовать карты лучше тех, что печатаются в журнале. А чтобы изображение было точным с научной точки зрения, к работе привлекли Хизена и Тарп. В 1967 году карта рельефа Индийского океана была опубликована и получила повсеместное признание.

Воодушевленные этим успешным сотрудничеством, благодаря которому им удалось гораздо более убедительно представить широкой публике красоту и таинственные глубины морского дна, чем это могли бы сделать сомневающиеся, вечно спорящие друг с другом ученые, члены команды начали работать над панорамой морского дна всей планеты – данные для этого были собраны в результате 25 лет высокоточного картографирования. Эта карта была опубликована в 1977 году, в том же году, когда роботы впервые обнаружили гидротермальные источники, и всего через несколько месяцев после того, как Хизен, находясь на борту атомной подводной лодки во время экспедиции у берегов Исландии, умер от сердечного приступа.

Карта 1977 года – это, несомненно, magnum opus Тарп (и ее коллег), равноценный «Звездной ночи» Ван Гога. Красные, зеленые и желтые континенты дрейфуют вокруг насыщенного, глубокого синего Мирового океана, через который проступают приподнятые фиолетовые канавки сети вулканических хребтов. И ученые, и публика впервые смогли увидеть мир как скопление тектонических плит. За свою работу в 1978 году Тарп и, посмертно, Хизен были награждены медалью Хаббарда, высшей наградой Национального географического общества США. Тарп решила не завершать свою замечательную карьеру на этом зените и продолжала работать до самой смерти в 2006 году.

Специалист по тектонике из Рейнско-Вестфальского технического университета Ахена Сюзанна Бюйтер в 2020 году организовала в честь 100-летнего юбилея Тарп специальную сессию для онлайн-конференции. «Только вдумайтесь, как она нарисовала карту – я имею в виду, это были просто линии, – восхищается Бюйтер. – И она нарисовала все, что было между ними. Это уже чудо, а потом мы еще и понимаем, чего ей это стоило, в какое время она работала, в области, куда женщин почти не допускали».

Несмотря на все ее достижения, Тарп до конца 1960-х годов не позволяли участвовать в исследовательских экспедициях. В научных работах ее имя никогда не было указано первым. В те времена тот факт, что женщина вообще может писать научные статьи, сам по себе был из ряда вон. Несмотря на все это, «она не озлобилась. Она просто занималась наукой», как отметила Бюйтер.

К счастью, Тарп прожила достаточно долго, чтобы увидеть, как ее «девчачьи разговоры» изменили наше представление о планете.

Когда океаническая кора формируется, и ее магнитные минералы остывают ниже определенной температуры, называемой точкой Кюри (которая варьируется от минерала к минералу), они фиксируют направление северного и южного магнитных полюсов планеты. Это удобно, потому что полюсы довольно нерешительны и постоянно меняют свое положение. Жидкое внешнее ядро нашей планеты, расположенное под мантией, включает в себя бурлящие фрагменты железа и никеля, которые, поднимаясь и опускаясь снова и снова, создают магнитное поле Земли. В течение сотен тысяч лет хаотические процессы во внешнем ядре приводят к тому, что северный и южный полюсы меняются местами, что напоминает поворот магнита на 180°.

Такие магнитные сальто стали очевидными в 1962 году, когда корабль Королевского военно-морского флота Великобритании «Оуэн» изучил магнетические процессы на хребте Карлсберг – участке планетарной системы срединных океанических хребтов, который расположен в Индийском океане. Ученые увидели узор в виде полос зебры, простирающихся от обеих сторон хребта, – узор, который был (почти) абсолютно симметричным [17]. Минеральные породы в пределах одних полос указывали, что северный магнитный полюс находится на вершине планеты, в то время как другие явно свидетельствовали, что он располагается внизу. Эти полосы подтверждают идею, что магнитные полюсы Земли периодически довольно резко меняются местами – конечно, в геологических масштабах времени.

Впоследствии эти океанические полосы были обнаружены на подводных хребтах по всей планете. Это указывает, что новая океаническая кора формировалась на этих хребтах в течение миллионов лет, и когда свежая кора остывала, она фиксировала направление магнитного поля в виде еще одной полосы. Это подкрепляет теорию, что поверхность планеты разрывается на части вдоль хребтов, которые непрерывно формируют океанское дно.

Примерно в то же время «магнитные компасы», найденные на суше, предоставили еще один важный кусочек информации. Магнитные минералы в континентальных породах из одного и того же места, но разного возраста, указывали в разные стороны. Эти компасы, казалось, свидетельствовали о том, что направление северного магнитного полюса 100 миллионов лет назад было иным, чем 200 миллионов лет назад или сегодня. Но не потому, что северный магнитный полюс блуждал, а потому, что странствовали сами континенты. Когда образовались эти более древние породы, их компасы указывали на север. Затем континенты, частью которых были эти породы, переместились, и когда сформировались более молодые породы, северный магнитный полюс оказался в другом направлении. В конце концов ученые поняли, что с помощью этого факта можно проследить миграцию целых континентов по земному шару за миллиарды лет.

Эти доказательства, в сочетании с идеями Вегенера, картами Тарп и множеством других разнообразных свидетельств, полученных от самых разных ученых по всему миру, привели к появлению теории тектоники плит.

Теперь мы знаем: когда тектонические плиты, дрейфующие по мягкой мантии, откалываются друг от друга, в результате обширных извержений, происходящих в течение сотен миллионов лет, образуется океаническая кора. Плотная океаническая кора, встречаясь с более легкой континентальной, опускается в подводные впадины, где погружается в глубокую мантию и теряет захваченную морскую воду. Эта вода поднимается над обреченной океанической плитой в карман мантии – благодаря этому некоторые породы в мантии начинают плавиться быстрее. Этот алхимический процесс в конечном итоге приводит к образованию вязкой магмы, которая извергается на поверхность и образует взрывоопасные остроконечные вулканы, такие как вулкан Сент-Хеленс. Хотя иногда эти извержения могут быть опасны, они создают новые земли, на которых могут поселиться люди. Когда два континента врезаются друг в друга, они сминаются и образуют горы. А когда планете хочется пошалить, она разжигает мантийный плюм, поджаривает расположенную выше тектоническую плиту и вызывает появление огромных вулканов посреди океана или на суше.

Такова история формирования Земли в кратком изложении. И мы бы не узнали этого, если бы не Тарп. Сейчас ее наследие ценится больше, чем когда-либо [18], – как ее научная деятельность, так и упорство и непоколебимость.

Подводный горный массив не всегда полыхает пламенем. Лава не вытекает из него непрерывно, иначе бы ученые это заметили. Постепенное формирование океанической коры, растяжение и раздвижение хребтов означает, что лава вытекает из трещин не круглосуточно, а лишь время от времени. Поэтому, если только мы не будем постоянно держать там огромный флот подводных аппаратов, используя какие-нибудь футуристические технологии, бо́льшая часть вулканических светлячков морского дна останется незамеченной. Поэтому ученые чувствуют себя счастливчиками, когда несколько затонувших вулканов извергаются настолько мощно, что их можно заметить над поверхностью.

Исландия расположена на северном конце Срединно-Атлантического хребта. Восточная Исландия лежит на Евразийской плите, а Западная – на Североамериканской. Если вы когда-нибудь окажетесь в национальном парке Тингвеллир, обязательно окунитесь в прозрачные ледяные воды расщелины Сильфра. Вы будете плавать внутри Срединно-Атлантического хребта, прямо между двумя тектоническими плитами: в некоторых местах их можно потрогать почти одновременно.

Довольно странно, что Исландия вообще находится над водой, потому что растяжение земной коры само по себе не может создать остров с множеством вулканов, который возвышается на многие километры над морским дном. Но Исландия – особый случай. По совпадению, именно в этом месте мантийный плюм взрывает основание литосферы, что создает огромное количество магмы. Объединенные силы мантийного плюма и разрушающейся породы создали настоящую страну льда и пламени: здесь обильные извержения лавы часто смешиваются со льдом, создавая опасные ливневые паводки, выбрасывая в воздух токсичные газы и длительные шлейфы дымящегося пепла, который может покрыть небо, попасть в двигатели самолетов и расплавить их. Где вы были в 2010 году, когда Эйяфьядлайёкюдль, чемпион в рейтинге вулканов с непроизносимыми названиями, привел к самому масштабному закрытию европейского воздушного пространства со времен Второй мировой войны?

Вулканы, которые не могут похвастаться сочетанием мантийного плюма и отделяющейся породы, – и даже некоторые вулканы, вроде Аксиала, которые входят в эту категорию, – с трудом поднимаются над волнами. Но они не сдаются. Как правило, подводные лавовые потоки слишком плотные, чтобы вулканический материал мог пробиться к морской поверхности, но у вулканов со скоплениями газа больше шансов быть замеченными.

В августе 2019 года моряки вблизи Тонганского архипелага в южной части Тихого океана внезапно оказались окружены флотилией плавающих камней толщиной 30 сантиметров и занимающих площадь около 100 квадратных километров. Глубоко внизу произошло взрывное извержение вулкана, в результате появились наполненные газом сгустки лавы размером с голову, которые быстро остыли в морской воде и превратились в пемзу. Об этом подводном вулкане известно так мало, что его назвали Безымянным [19].

Эта вспышка была пустяком по сравнению с извержением Гавра в 2012 году – подводного вулкана, расположенного к северу от Северного острова Новой Зеландии. Он выбросил такую огромную массу пемзы, что под ней можно было бы дважды похоронить город Вашингтон. Первым эту аномалию заметил пассажир коммерческого самолета, пролетавшего над этим районом: он вполне резонно поинтересовался, почему Тихий океан стал серым.

Ученые точно не знают, как происходит взрывное извержение подводных вулканов. Чтобы произошел взрыв, давление магмы, запертой под землей, должно быть намного выше, чем давление окружающей среды. Если в наземном вулкане проделать дыру, насыщенная газом магма вырвется наружу, газы декомпрессируются, и – бум! Вот вам и взрыв. Но масса всего этого тяжеленного океана над подводными вулканами часто настолько велика, что в давлении между морским дном и магмой, запертой под ним, нет такой уж большой разницы. В этом случае магма не будет рваться на свободу. Так как же Безымянный и Гавр смогли взорваться там, глубоко внизу?

За ответом на этот вопрос я обратился к Тобиасу Дюригу, вулканологу из Университета Исландии. Он помогал мне с докторской диссертацией, и мы в соавторстве написали одну научную статью. Он классный парень, который постоянно что-то взрывает в своей лаборатории, чтобы выяснить, как происходят извержения подводных вулканов.

Он не единственный, кто этим занимается. Другие ученые расплавляют обычные базальтовые вулканические породы в специальной печи, выливают жидкость в тигель, помещают в него термостойкую колбу, наполненную водой, и отходят в сторону. «А потом вы стреляете в эту колбу, и она взрывается», – рассказывает Дюриг как ни в чем не бывало. Забудьте о горючем топливе. Для вулканов вода – та самая, которая не дает вам превратиться в сухую сморщенную оболочку, – самое взрывоопасное вещество на свете.

Когда вода из колбы попадает в тигель, она проникает в магму, и ее внешний слой быстро закипает. Этот пар образует тепловой щит вокруг воды, сохраняя ее в жидком состоянии. Подобный эффект можно наблюдать, если брызнуть немного воды на раскаленную сковороду: капли не испаряются сразу, а танцуют по ней в течение нескольких мгновений.

Эта капелька воды внутри магмы, защищенная паром, тоже со временем просто испарилась бы, если бы ее оставили в покое. Но магма не спокойна. Она бурлит. Вот тут-то и приходит на помощь пушка: выстрел в магму посылает через нее ударную волну, которая разбивает паровой тепловой экран, и водный пузырь оказывается один на один с магмой. Теперь вода беззащитна. Нагревшись в мгновение ока, она решает уничтожить своего магматического врага вместе с собой.

Вода гневно расширяется во все стороны, сметая магму со своего пути, подобно сверхмощному гидравлическому насосу. За долю секунды магма разлетается на миллионы крошечных кусочков; некоторые из них не больше искры. Затем вода получает от магмы достаточно тепла, чтобы превратиться в пар. Если вы когда-нибудь окажетесь рядом с подобным вулканическим взрывом, вы умрете по одной из следующих причин: (а) очень сильно обгорите, (б) кусочек магмы пробьет ваше тело насквозь, (в) сила взрыва превратит ваши органы в папье-маше, (г) от всего вышеперечисленного.

Закачать воду в магму – непростая задача. Вулкан Гавр, похоже, нашел творческий способ. Дюриг и его коллеги взяли куски застывшей вулканической породы и немного расплавили их в лаборатории, чтобы приблизить к первоначальному состоянию. Они закрепили их, налили сверху немного воды и взорвали под ними газ под давлением, чтобы появилось несколько трещин. Вода проникала в эти трещины и встречалась с горячими расплавленными внутренностями породы, сильно нагревалась и расширялась. В результате возникло еще больше трещин, еще больше воды сталкивалось с горячей породой, и вуаля – бум! Произошел подводный взрыв [20].

Но из-за чего вообще появляются трещины в вулканической породе, которая вот-вот взорвется? «Это хороший вопрос», – отвечает Дюриг, что в переводе с научного означает «мы еще не знаем». Нам предстоит еще много работы, но тот факт, что вулканологи сами производят вулканические взрывы, вместо того чтобы ждать, пока взорвется настоящий вулкан, – это очень здорово.