Робин Эндрюс: Супервулканы

Робин Эндрюс

Издательства «КоЛибри» и «Азбука-Аттикус» представляют книгу Робина Эндрюса «Супервулканы. Неожиданная правда о самых загадочных геологических образованиях Вселенной» (перевод Валентина Фролова).

Вулканы неотделимы от истории Земли и всей жизни на ней. Вулканолог и научный журналист Робин Эндрюс раскрывает научное и историческое значение вулканов и вулканических регионов и показывает, как они влияют на формирование моря, суши и состава воздуха.

«Вулканы позволяют нам проникнуть в тайны, которые не может открыть ни один другой природный процесс. Пики, кратеры и расселины образуются, обретают определенную форму и извергаются потому, и только потому, что планетарные машины-двигатели, расположенные глубоко под поверхностью планеты, работают особым образом. Извержения даруют нам золото научных открытий. Они подсказывают, почему на одной планете есть вода и атмосфера, а на другой нет; где континенты разрываются на части, создавая новый океан; состоит ли поверхность планеты из кусочков пазла, движение которых задает форму всему, что происходит на поверхности. Они переносят нас на миллиарды лет в прошлое, чтобы мы могли узнать, как рождаются планеты, и позволяют заглянуть в будущее, которое может их ожидать. Вулканы являют пример чрезвычайной стойкости жизни, которая далеко превосходит человеческую. Они также показывают, как могут и как не могут умирать целые миры», — пишет Робин Джордж Эндрюс.

Предлагаем прочитать фрагмент книги.

Если у вулканов в целом плохая репутация, то у вулкана Йеллоустоун она поистине ужасна. В просторечии его называют супервулканом, что намекает на способность совершить серьезные акты вулканического насилия. Ученые знают, что он не уничтожит человечество. Но, во многом благодаря возбужденным выкрикам бульварных газет и прорицателей из социальных сетей, по сведениям которых Йеллоустоун находится на грани катастрофического извержения, многие люди относятся к нему так, как будто это кнопка самоуничтожения Земли. В разгар пандемии коронавируса газета Guardian сообщила, что тысячи людей собирались вокруг знаменитых гейзеров Йеллоустоуна, не надевая масок и не соблюдая социальную дистанцию. При этом я готов поспорить, что довольно многие из них расспрашивали сотрудников службы национального парка о вероятности супервулканического апокалипсиса.

Невозможно отрицать, что Йеллоустоун в прошлом отличался феноменальной разрушительной силой. История его возникновения — это сага о геологическом уничтожении: он происходит от длинной череды вулканических предков, чьи кратеры были созданы инфернальным выбросом магмы почти из самого сердца планеты. Этот след из шрамов можно наблюдать по всей западной части Соединенных Штатов: он простирается на сотни километров и возвращает нас в прошлое на миллионы лет. Но наш вулкан не заслуживает того, чтобы его воспринимали как предвестника гибели. Ничто не вечно, даже супервулканы, и счастливые дни ярости Йеллоустоуна, возможно, давно миновали.

Всё, что вы, как вам кажется, знаете о Йеллоустоуне, скорее всего, неверно. Это не убийца, ожидающий своего часа. Супервулканы, подобные ему, не приведут к концу нашей цивилизации. Если уж на то пошло, Йеллоустоун помогает нам понять, что все преходяще в этом захватывающем, постоянно меняющемся мире — даже самые могучие магматические горы и колоссальные котлы Земли.

Археологические данные свидетельствуют, что люди появились на плато Йеллоустоун примерно 11 тысяч лет назад. Коренные американцы из поколения в поколение жили бок о бок с дымящимися гейзерами, поврежденной почвой и кипящими водами этого региона. Но только в 1871 году, когда Конгресс США профинансировал экспедицию под руководством геолога Фердинанда Хейдена с задачей задокументировать эстетические достоинства Йеллоустоуна (в статьях, произведениях искусства, фотографиях), законодатели и президент Улисс Грант решили сделать нечто беспрецедентное — официально объявить Йеллоустоун первым в мире национальным парком.

Закон, подписанный 1 марта 1872 года, гласит, что министр внутренних дел имеет исключительный контроль над землей и должен обеспечить защиту «древесины, месторождений полезных ископаемых, природных достопримечательностей в пределах указанного парка» с целью «сохранить их в естественном состоянии». Йеллоустоунский национальный парк площадью 8983 квадратных километра существовал еще до того, как штаты, на территории которых он расположен — в основном Вайоминг, с небольшими участками в Айдахо на западе и Монтане на севере, — присоединились к союзу Соединенных Штатов. Первые дни его существования были сумбурными и хаотичными. Территория часто становилась ареной сражений, различные племена коренных американцев пытались защититься от воинственной армии США (Службы национальных парков не существовало до 1916 года).

С геологической точки зрения парк — настоящая сокровищница. Сотрудник парка Джефферсон Хангерфорд рассказал мне, что некоторые породы в парке относятся к архейскому эону, когда Земля только формировалась. И здесь все еще создаются новые породы, поскольку минералы кристаллизуются в многочисленных термальных источниках парка (всего их около 10 тысяч).

Большой призматический источник может считаться символом Йеллоустоуна. Размером с футбольное поле, он выглядит как межпространственный оазис. Его зрачок — неземного глубокого синего цвета, а авантюрные бактерии, живущие в его причудливых водах, окрашивают радужную оболочку в желтые, оранжевые и зеленые оттенки. Зимой снег, налипая на скалистое веко источника, превращается в пар.

Другие термальные источники менее приветливы, но не менее примечательны. Серные холмы, расположенные на северной стороне Йеллоустоунского озера, при взгляде через тепловизор выглядят как ярко-красное пятно. Эта местность издавна считалась землей огня и серы: сероводородный газ извергается из земли, создавая кислотную антиутопию, враждебную для растительности и животных. «Если вы ткнете пальцем в землю, то получите ожог, — рассказывает Грег Воган, научный сотрудник Геологической службы США. — Пикник вы там вряд ли устроите, все штаны будут в дырках».

В Йеллоустоуне также находится около 500 гейзеров — половина всех гейзеров на планете. Один из них, «Пароход», выбрасывает фонтаны воды на высоту до 120 метров. В прошлом он был непостоянным, паузы между крупными извержениями длились от четырех дней до 50 лет. Март 2018 года ознаменовался переменами: гейзер стал извергаться с частотой раз в неделю, и в итоге за год произошло рекордное число извержений — 32. В 2019 году было зафиксировано 48 извержений, как и в 2020-м.

Неясно, что могло измениться в самом верхнем куске земной коры, каменистой глазури на слоеном торте Земли, чтобы активировать гейзер. Возможно, минералы, оседающие в водянистом отваре под поверхностью, перекрыли путь наверх, превратив неглубокий бассейн с жидкостями в скороварку. Жидкости, способные быстрее закипать, стали чаще подниматься на поверхность. Или, возможно, обильный снег в последние несколько лет обеспечил подземный слой большим количеством воды, которая подпитывала частые выбросы «Парохода». Поскольку нет приборов, которые позволили бы отследить параметры этого сложного химического цикла под поверхностью, точных ответов просто не существует. Но темпераментное поведение «Парохода» типично почти для всех гейзеров, поскольку их водопровод постоянно перестраивается. А перемены — отличительная черта Йеллоустоуна.

«Пароход» находится в бассейне гейзеров Норрис. Возраст самого старого термального бассейна Йеллоустоуна — около 115 тысяч лет, его температура достигает 240 °С прямо под поверхностью. Как будто чудовище проделало дырки в дьявольском котелке. Бассейн — это скопление горячих источников, гейзеров и фумарол, сотен отдельных термальных объектов, которые шипят, ворочаются, извергаются и бурлят. Но по сравнению с главной достопримечательностью Норриса это всего лишь мелкие забавы. В течение последних двух десятилетий территория площадью больше Чикаго, расположенная вокруг бассейна, периодически поднималась и опускалась на несколько сантиметров, как будто спящий под землей зверь вдыхал и выдыхал. Другие части парка также раздуваются и сдуваются в аналогичных масштабах, но в какой-то момент земля в Норрисе поднималась со скоростью почти 15 сантиметров в год: это самый быстрый подъем, когда-либо зафиксированный в Йеллоустоуне. Вероятно, это происходит потому, что горячие жидкости застревают в коре, заставляют ее подняться, а затем, найдя новый путь наружу, вновь позволяют опуститься.

В Йеллоустоуне нет правил и заведенного порядка. Целые термальные зоны отмирают, в то время как другие рождаются с поразительной быстротой. Спросите у Вогана, который наблюдает за Йеллоустоуном уже 12 лет. Используя множество механических глаз на орбите вокруг Земли, он следит за тем, как парк таинственным образом меняется, отказываясь хотя бы ненадолго замереть в неподвижности.

В 2017 году он заметил участок мертвых деревьев в глубине парка — деревянные трупы, вросшие в бледно-желтую теплую почву. Архивные спутниковые и аэрофотоснимки позволили отследить, как произошла их гибель, вплоть до конца 1990-х годов: их судьба была предрешена, когда появилась новая термальная зона, за несколько десятилетий выросшая до размеров четырех футбольных полей. «Это очень крупная термальная зона, которая подкрадывалась к нам последние 20 лет, и я обнаружил ее только пару лет назад, — рассказывает Воган. — Рейнджеры парка ничего не заметили. Зону можно было увидеть, только если отправиться в своеобразное путешествие во времени, разглядывая снимки из космоса. Это свидетельство того, насколько велик и обширен Йеллоустоун».

Перемены, как говорится, приходят изнутри. Не стоит забывать, что Йеллоустоун — это вулкан. Все его проделки существуют на поверхности только потому, что во тьме глубин ни на секунду не успокаиваются два гигантских резервуара магмы, превосходящие по размерам целые города.

И сейчас нам необходим краткий курс по тектонике плит. Поверхность планеты представляет собой гигантский пазл. Отдельные кусочки — это огромные плиты горных пород размером со страны, континенты, моря или океаны. Они состоят из двух слоев. Сверху находится земная кора, которая бывает двух видов: породы, из которых состоят континенты, и породы, образующие морское дно. Под корой находится мантия — перегретый, вязкий, но преимущественно твердый слой толщиной 2900 километров. Крошечный верхний кусочек, жесткая верхняя часть мантии, составляет основу тектонических плит.

Эти сэндвичи из коры и верхней мантии называются литосферными плитами, но вы могли слышать и термин «тектонические плиты». Они располагаются поверх еще более мягкого, более пластичного слоя мантии, называемого астеносферой. Жесткие тектонические плиты дрейфуют на этом более податливом нижнем слое мантии, причем все они движутся в разных направлениях.

У тектонических плит есть имена (но не вроде Жасмин или Дэвид, увы). Большая часть США расположена на одноименной Североамериканской плите. Как и все другие плиты, она мнется и прогибается по краям под воздействием других соседних плит — от Тихоокеанской плиты на западе до Евразийской плиты далеко на востоке в Атлантике. Это означает, что большинство землетрясений в Америке происходит вдоль этих границ, но есть и исключения. В западном Вайоминге, например, земная кора очень медленно раздвигается. Это приводит к землетрясениям, многие из которых незаметны для человека.

Это отличная новость для тех, кто хочет сделать Вайомингу компьютерную томографию. Сейсмические волны, возникающие при землетрясениях, проходят через разные материалы с разной скоростью и по разным траекториям. Они быстро проскакивают через более плотные вещества, но через жидкости движутся очень неторопливо. Горячие и слегка расплавленные материалы, менее плотные и менее жесткие, пропускают их медленнее. Ученые, будучи по определению людьми сообразительными, поняли, что путь сейсмических волн от землетрясения до сейсмометра можно использовать для того, чтобы выяснить, из чего состоит подземный мир: из расплавленной или твердой породы. В течение последних нескольких десятилетий они перехватывали сейсмические сигналы огромного количества землетрясений, и в результате получили представление о магматических недрах Йеллоустоуна.

В Йеллоустоуне есть два взаимосвязанных магматических резервуара. Более мелкий имеет длину 90 километров и простирается от 4,8 километра под поверхностью до глубины 17 километров. Эта протяженная масса риолита, очень жидкого типа магмы, более чем в четыре раза превышает длину Манхэттена.

Но это лишь младший из братьев. Прожилки расплавленной породы струятся вниз от основания этого верхнего резервуара магмы, подобно нитям мягкой карамели, и соединяются с еще более крупным чудовищем: протяженной массой базальта — более жидкого и горячего типа магмы, знакомого нам по Килауэа, — простирающейся на глубину от 19 километров под поверхностью до 50 километров. Она в четыре с половиной раза больше верхнего магматического резервуара: этого достаточно, чтобы поглотить весь Нью-Йорк.

Вместе эти резервуары — словно двухкамерный двигатель, который приводит в движение танец гейзеров наверху. Но здесь не прямая связь: это не магма заставляет циркулировать жидкости и газы под поверхностью. Тепло из верхнего магматического резервуара проходит через его скалистую крышу, откуда пробивается к верхним слоям почвы. Это остаточное тепло нагревает породы чуть в стороне от поверхности и доводит до кипения залежи воды.

Держу пари, что в вашем сознании внезапно возник смутный образ из школьных учебников или какой-нибудь познавательной телепередачи с компьютерной анимацией: огромная пещера, до потолка заполненная супом из расплавленной породы, сверху на ней — широкая открытая труба, ведущая к вулкану. Сам термин, используемый для обозначения этих явлений, — магматические камеры — усиливает представление о полом литологическом1 соборе, который принимает запасы расплавленной породы, поступающей из глубины, а затем опорожняет их с высокой вершины.

Но вот в чем дело: магматических камер не существует. По крайней мере, ученые их никогда не видели.

Если оставить глыбу льда на солнце, она быстро растает и превратится в лужу воды. Камни не ведут себя так же, когда подвергаются воздействию источников экстремального тепла. Я знаю, потому что сам много раз бросал вулканические камни в печь, специально предназначенную для их расплавления. Они не превращаются в лужи. Небольшие куски вулканической породы расплавляются при более низких температурах, а более крупные держатся до тех пор, пока термометр не поднимается до невероятных значений. Это происходит потому, что вулканические породы представляют собой совокупность минералов, каждый из которых имеет свою точку плавления.

То же самое относится и к магматическим резервуарам Йеллоустоуна. Чем глубже вы погружаетесь в земную кору, тем жарче становится. Но в настоящее время эта температура недостаточно высока, чтобы оба резервуара оставались полностью расплавленными. Если, скажем, снизу влить свежую порцию раскаленной породы, то, конечно, часть резервуара нагреется и расплавится. Но в целом речь идет о твердой породе с сетью расплавленных магматических водоемов, бассейнов и обломков. Иногда жидкой породы больше, иногда меньше.

Йеллоустоун можно сравнить с причудливой губкой, отверстия которой заполнены адским желатином. Этот желатин горячее, чем окружающие его замороженные вулканические кристаллы, и потому обладает естественной плавучестью — то есть, согласно законам физики, должен подниматься вверх. При подъеме он прокладывает путь через слабые места — например, крупные отверстия в губке. На самом деле магматические камеры — это вовсе не пещеры в земной коре, а резервуары с раскаленным месивом, ручьи частично расплавленной породы, заключенные в лабиринты кристаллов. Настоящая губка Вельзевула.

Губки Йеллоустоуна — огромного размера, но сейчас они по большей части состоят из твердого вещества. Сейсмические данные показывают, что верхний резервуар расплавлен на 5–15 %, а нижний — всего на 2 %. Конечно, их размеры велики, но сейчас они находятся в спящем состоянии, ожидая возвращения необычайной взрывной активности, которой было так много в прошлом у Йеллоустоуна.

1. От слова «литология» — часть науки о горных породах, изучающая состав, структуру, происхождение и изменение осадочных пород.