Хрум-хрум под вулканами Реюньон

О новостях в области геологии и сейсмологии рассказывает член редсовета ТрВ-Наука, геохимик, доктор геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник Института земной коры СО РАН (Иркутск) Алексей Иванов.

Одной из самых интригующих геологических загадок является происхождение вулканических областей, находящихся вдали от границ литосферных плит. Такие вулканы получили название «горячих точек». Современные геологи насчитывают от десятка до сотен таких горячих точек, но согласие отсутствует не только об их происхождении, но и о числе вулканических областей, которые следует относить к горячим точкам.

Впрочем, горячее ли вулканизм в этих областях в сравнении с вулканизмом, происходящим по границам литосферных плит, так же остается под большим вопросом. Без преувеличения, многие сотни, а то и тысячи исследователей по всему миру тратят свое время на поиски ответа на эти вопросы.

Считается, что сейсмология может оказаться той самой серебряной пулей во множественном наборе геологических дисциплин. Так это или нет, нам предстоит узнать в ближайшие несколько лет, благодаря запуску французско-немецкого проекта RHUM-RUM (Верхняя мантия горячей точки Реюньон). Цель проекта — просветить мантию под вулканами Реюньона на 2800 км от поверхности, вплоть до ядра Земли.

Перед тем как рассказать о целях проекта RHUM-RUM, следует вспомнить о сходном по целям и технологиям проекте PLUME, недавно завершившемся на Гавайях (этот проект начался в 2005 году, завершился в 2008-м, а с 2010 года данные доступны, в том числе сейсмологам, не участвовавшим в самом проекте).

Итак, Гавайские вулканические острова — бесспорная «горячая точка». Она расположена посреди Тихого океана на океанической плите. Возраст вулканов планомерно становится более древним — от современных вулканов Мауна Лоа и Килауэа в северо-восточном направлении, в том же направлении, что и движется сама Тихоокеанская плита. Такое совпадение связывают с наличием в мантии неподвижного источника магмы, который прожигает движущуюся океаническую литосферу.

Альтернативной точкой зрения является то, что в мантии всегда есть участки с расплавом, который поступает на поверхность по мере растрескивания океанической плиты. В этом варианте Гавайские вулканы трассируют огромный разлом, формирующийся по мере собственного движения плиты. Обе точки зрения имеют своих сторонников, но первая является гораздо более популярной.

Что касается глубинного источника магмы, то здесь опять-таки большинство исследователей склоняются, что он находится на верхушке аномально разогретой мантийной колонны, называемой «плюмом», поднимающейся от границы ядро-мантия (т.е. с глубин примерно 2800 км). Если так, то плюм можно проследить при помощи сейсмических волн: там, где вещество разогрето, скорость сейсмических волн должна снижаться. Однако «можно» не означает, что это технически осуществимо.

Дело в том, что, чтобы что-то увидеть на глубине 2800 км, надо разнести сейсмические датчики по некоторой сети на поверхности примерно на те же 2800 км, тогда как надводная цепь Гавайских (современных и остывших) вулканов имеет максимальную ширину чуть больше 100 км и длину 800 км. В сейсмическом эксперименте PLUME была решена важная технологическая проблема: сейсмологи научились устанавливать станции на океаническом дне на несколько лет, а затем эти станции «вылавливать» с записанной на них информацией.

Несмотря на то, что таким образом размах сети станций в эксперименте PLUME не превышал тысячи километров и, соответственно, вопрос существования плюма, протягивающегося на всю толщину мантии Земли, не мог быть решен в принципе (о неоднозначности полученной интерпретации ТрВ-Наука рассказывал в № 137 за 2013 год), этот эксперимент дал технологическую основу для будущих исследований такого рода.

Реюньон — другая бесспорная «горячая точка», только в Индийском океане. В данном случае считается, что была аналогичная цепь вулканов, протягивающаяся от траппов Декан в Индии — объемной вулканической провинции, быстро сформировавшейся около 65 млн лет назад, — до острова Реюньон с его активными вулканами.

Преимущество этого региона заключается в том, что наличие крупных островов и Африканского континента позволяет окружить «горячую точку» Реюньон сейсмическими станциями на необходимом расстоянии, позволяющем анализировать структуру мантии не только под самой горячей точкой, но и на всю толщину мантии вплоть до ядра. Как и в случае с Гавайским экспериментом, большое количество станций приходится устанавливать на океаническом дне, благо технологический процесс этого уже отработан.

Итак, проект RHUM-RUM стартовал в октябре 2012 года, и через год все 57 станций были установлены на океаническом дне. Одновременно станции были установлены на Мадагаскаре, Маврикии, Сейшелах и др. Для последующего анализа будут использоваться имеющиеся постоянные станции, а также станции независимых проектов на Мадагаскаре и в Африке.

Нам же теперь остается только ждать несколько лет, пока сейсмологи проекта RHUM-RUM не дадут окончательный ответ, всплывают ли плюмы от ядра Земли или же «горячие точки» связаны своим происхождением с менее глубинными процессами в мантии. Правда, мой опыт подсказывает, что через несколько лет вопросов будет не меньше, чем сегодня. В одном можно быть уверенным. Забавы ученых стимулируют прогресс в технологиях.