Ученые описали новый тип извержения вулкана

Не существует двух одинаковых извержений вулканов, но ученые считают, что серия взрывных извержений вулкана Килауэа вписывается в совершенно новую категорию. Исследователи из Университета Орегона, Геологической службы США и китайского Сычуаньского университета сообщают о своих выводах в статье, опубликованной в журнале Nature Geoscience.

Анализируя динамику 12 последовательных взрывов, произошедших в 2018 году, исследователи описывают новый тип механизма извержений вулканов. Взрывы были вызваны внезапным повышением давления по мере обрушения земли, в результате чего в воздух поднялись шлейфы обломков породы и горячего газа, очень похоже на классическую игрушечную топающую ракету.

Конкретная череда взрывов на вершине Килауэа была частью последовательности событий, включавших излияние потоков лавы снизу на склоне вулкана. Эти потоки лавы на несколько месяцев разрушили тысячи домов и переместили жителей острова Гавайи.

Понимание того, что именно происходило во время прошлых извержений вулканов, в просторечии называемое «ретроспективным анализом», позволяет вулканологам делать более точные прогнозы о будущих извержениях и давать более точные предупреждения людям, находящимся на пути извержения.

По словам Джоша Крозье, по большей части взрывные извержения вулканов вызваны либо подъемом магмы, испаряющимися грунтовыми водами, либо некоторой комбинацией того и другого. Но эти извержения не совсем соответствовали шаблону.

«Эти извержения весьма интересны тем, что на самом деле они, похоже, не связаны ни с одним из них», — сказал Крозье. «Материал извержения содержал очень мало похожего на извергнутую свежую магму, но также нет никаких доказательств того, что здесь задействованы значительные количества грунтовых вод».

Гавайская вулканическая обсерватория, входящая в состав Геологической службы США, внимательно следит за Килауэа. Вулкан покрыт научными приборами: от наземных датчиков, измеряющих сотрясение земли, до инструментов, анализирующих газы, выбрасываемые вулканом.

«Самое интересное в этих извержениях то, что их было несколько последовательно, и они были удивительно похожи; это относительно необычно», — сказал Лейф Карлстром, вулканолог из UO. «Обычно извержения вулканов не происходят с такой регулярностью».

Таким образом, у команды было больше данных, чем обычно, и они могли глубже изучить конкретную динамику извержений.

Объединив все эти данные в различные модели атмосферы и недр, ученые собрали новую историю о том, что произошло на Килауэа во время череды событий в 2018 году.

Перед каждым взрывом на вершине магма медленно вытекала из подземного резервуара. (Эта магма питала потоки лавы на расстоянии 40 километров, на восточном склоне вулкана.) Когда резервуар истощился, земля над ним — кратер в кальдере на вершине вулкана — внезапно обрушилась.

Это быстро увеличило давление в резервуаре. А поскольку в верхней части этого резервуара находился карман скопившегося магматического газа, повышение давления выдавило магматический газ и кусочки обломков через канал и вытолкнуло их из отверстия в кратере Килауэа.

Исследователи сравнивают динамику извержения с игрушечной топающей ракетой, где если наступить на подушку безопасности, соединенную со шлангом, снаряд взлетит в воздух.

«Топ» — это целый кусок камня толщиной в километр, падающий вниз, оказывающий давление на карман, а затем выталкивающий материал прямо вверх», — сказал Крозье. А «ракета» — это, конечно же, газ и камни, извергающиеся из вулкана.

Обрушение кальдеры является довольно распространенным явлением, отмечает Крозье. Таким образом, хотя это первый раз, когда ученые конкретно описали этот конкретный механизм топочной ракеты, это, вероятно, не единственный раз, когда это произошло.

Исследование позволило связать геофизические наблюдения со свойствами вулканического шлейфа в атмосфере.

«Эта связь очень редкая», — сказал Джо Дюфек, вулканолог из UO. «Это указывает на новые способы наблюдения за извержениями и объединения измерений датчиков с компьютерным моделированием, чтобы лучше оценивать опасности, связанные с извержениями».

По словам Дуфека, тот факт, что это была серия небольших извержений, возможно, облегчил понимание основного механизма. Другие сложные процессы не затмили компонент топовой ракеты.

Но это не значит, что Килауэа прост. Типичный хрестоматийный рисунок вулкана показывает, как магма движется вверх через камеры на разной глубине. Но это редко бывает так просто, и такой вулкан, как Килауэа, оснащенный научными инструментами, дает возможность покопаться в деталях.  

«Это пример, и их становится все больше, где пути подъема магмы довольно сложны геометрически», — сказал Карлстром. «Это дает нам гораздо более детальную картину того, как выглядят вулканические водопроводные системы».