Японский супервулкан все еще активен спустя 7300 лет после мощного извержения

Фото из открытых источников

Большинство вулканов не исчезают после катастрофического извержения. Они разрушаются, остывают, успокаиваются, а затем, иногда очень медленно, начинают восстанавливаться. Именно это, по мнению ученых, сейчас происходит под большей частью подводной кальдерой Кикай в Японии, источником одного из крупнейших извержений голоцена.

Около 7300 лет назад в Кикае произошло извержение Кикаи-Акахоя, гигантское событие, в результате которого, по оценкам, было выброшено от 133 до 183 кубических километров магмы в пересчете на плотные породы. Извержение изменило ландшафт, разбросало пепел по значительной части Японии и оставило после себя огромную кальдеру к югу от Кюсю. Теперь новые сейсмические исследования показывают, что магматический резервуар, образовавшийся в результате этого древнего извержения, не пуст. Он пополняется.

Кикай — это не классический конусообразный вулкан, возвышающийся над ландшафтом. Большая его часть находится под водой, что затрудняет его визуализацию, но в некотором смысле упрощает изучение с помощью морских геофизических методов. Кальдера расположена к югу от Кюсю, в вулканически активном регионе Японии, где Филиппинская морская плита взаимодействует с краем Евразийской плиты.

Извержение, прославившее Кикай в геологической среде, — это событие Кикай-Акахоя. Оно произошло около 7300 лет назад и считается одним из крупнейших известных вулканических извержений современной геологической эпохи, голоцена. Его пепловые отложения, известные как тефра К-Ах, стали важным временным маркером для археологов и геологов, изучающих Японию.

Масштабы были необычайными. В отличие от типичного горного извержения, гигантское кальдерное извержение выбрасывает огромный объем магмы из-под поверхности. По мере истощения этого подземного резервуара земля над ним может обрушиться, оставив обширную вулканическую впадину. В случае с Кикаем эта впадина в основном подводная, что помогало скрывать современную структуру системы на протяжении тысячелетий.

Чтобы изучить подводный мир, исследователи из Университета Кобе и Японского агентства морских и земных наук и технологий использовали сейсмическую визуализацию. Их команда разместила донные сейсмометры вдоль 175-километровой линии съемки и генерировала контролируемые сейсмические импульсы с помощью пневматической пушки.

Метод основан на отслеживании распространения сейсмических волн в земной коре. Замедление волн может указывать на более горячую, более трещиноватую или частично расплавленную породу. Под горой Кикай команда обнаружила зону с низкой скоростью распространения волн непосредственно под кальдерой, на небольшой глубине около 2,5–6 километров.

Исследователи интерпретируют эту зону как крупный резервуар магмы. Ее расположение и размеры указывают на то, что она находится там, где когда-то располагался резервуар древнего извержения Кикай-Акахоя. Другими словами, вулкан, по-видимому, повторно использует ту же самую глубокую магматическую систему, которая питала его катастрофическое извержение тысячи лет назад.

Одно из важнейших открытий заключается в том, что магма под Кикаи, вероятно, не является просто остаточным слоем после извержения 7300 лет назад. Химические исследования более поздних вулканических пород показывают, что материал, образовавшийся после гигантского извержения, имеет иной состав, чем магма, высвободившаяся во время события Кикаи-Акахоя.

Это различие имеет значение. Оно говорит о том, что новый расплав поступает в старый резервуар, а не система просто сохраняет древнюю магму. Исследователи называют этот процесс повторным введением магмы: свежий расплавленный материал поднимается из более глубоких слоев и пополняет неглубокий резервуар, оставшийся после предыдущего гигантского извержения.

Согласно результатам исследования, доля расплава в нынешнем резервуаре составляет примерно от 3 до 6 процентов, и, вероятно, не более 10 процентов. Это означает, что это не огромная камера полностью жидкой магмы, готовая взорваться. Скорее всего, это сложная смесь кристаллов, расплава, раскаленных пород и богатого летучими веществами материала.

Кикай не оставался полностью неактивным со времени своего древнего извержения. В центре кальдеры ученые обнаружили очень большой поствакдерационный лавовый купол объемом более 32 кубических километров. Этот купол, по-видимому, образовался из магмы, отличной от той, которая участвовала в извержении Кикай-Акахоя.

Это еще одно свидетельство того, что вулканическая система восстанавливается. Лавовый купол указывает на то, что магма продолжала двигаться, накапливаться и иногда достигать поверхности после гигантского извержения. Согласно новой модели, за последние 3900 лет в резервуар могло быть повторно закачано не менее 32 кубических километров нового расплава.

Это не означает, что Кикай находится на грани повторения своей древней катастрофы. Вулканические системы могут хранить магму очень долгое время, не вызывая крупных извержений. Но это открытие показывает, что кальдера — не мертвый остаток. Это активная геологическая система с долгосрочным запасом магмы.

Кикай важен, потому что гигантские кальдерные вулканы трудно понять. Их самые разрушительные извержения крайне редки, а это значит, что у ученых мало современных примеров для непосредственного наблюдения. Изучая, как Кикай пополняется после известного гигантского извержения, исследователи могут улучшить модели для других крупных кальдерных систем.

Команда исследователей из Университета Кобе утверждает, что Кикай может помочь объяснить, как происходит восстановление неглубоких магматических резервуаров под другими гигантскими кальдерами, включая Йеллоустон в США и Тоба в Индонезии. Эти системы не идентичны, но у них есть общая проблема: большие объемы магмы могут накапливаться глубоко под землей задолго до того, как станет очевидной какая-либо активность на поверхности.

Новое исследование дает ученым более четкое представление о том, как может выглядеть этот процесс восстановления. Оно предполагает, что после гигантского извержения та же самая зона-резервуар может стать хранилищем для вновь закачанного расплава. Со временем этот процесс может подготовить почву для будущей вулканической активности.

Фраза «проявляют признаки жизни» может звучать тревожно, но ей необходим контекст. Магматический резервуар Кикаи пополняется, и в системе наблюдается вулканическая активность после образования кальдеры. Это реальные признаки активного вулкана. Но исследование не предсказывает извержение и не утверждает, что приближается гигантское извержение.

Вулканический риск зависит от многих факторов: объема магмы, процента расплава, давления газа, напряжения в земной коре, землетрясений, деформаций, гидротермальной активности и того, как эти сигналы меняются со временем. Одного изображения магматического резервуара недостаточно, чтобы сказать ученым, когда и произойдет ли вообще извержение.

Вот почему мониторинг имеет такое значение. Для кальдерных вулканов наиболее полезная информация часто получается в результате многократных измерений. Если сейсмические скорости, деформация земной поверхности, выбросы газов или характер землетрясений начинают меняться одновременно, ученые могут лучше оценить, не движется ли магма опасным образом.

Термин «супервулкан» не является точной научной категорией, но часто используется для обозначения вулканических систем, способных производить исключительно мощные извержения. Кикай соответствует этому общепринятому описанию из-за масштабов события Кикай-Акахоя. Тем не менее, его нынешнее состояние лучше всего описать тщательно: это гигантская кальдера со следами продолжающегося пополнения магмы.

Эти данные имеют научную ценность, поскольку большинство кальдерных систем скрывают свою активность на самых глубоких уровнях. Подводное расположение вулкана Кикаи позволило исследователям провести крупномасштабное сейсмическое исследование по всей его территории, выявив форму и глубину резервуара с необычайной детализацией.

Это открытие также показывает, как долго может длиться восстановление вулканической активности. Спустя более семи тысячелетий после своего великого извержения Кикай все еще восстанавливается изнутри. Его магматическая система не обновлялась быстро; она медленно пополнялась новым материалом на протяжении тысяч лет.

Самый важный вывод — не паника, а подготовка. Исследование Кикаи помогает ученым понять, что может происходить между гигантскими извержениями: кальдера опустошается, обрушивается, а затем постепенно получает новую магму из более глубоких источников. Этот процесс может длиться тысячи или десятки тысяч лет.

Для Японии, страны, уже привыкшей к землетрясениям, цунами и действующим вулканам, понимание подводных кальдер имеет особенно важное значение. Подводное вулканическое извержение может создавать опасности, отличные от опасностей наземных вулканов, включая взрывное взаимодействие магмы и морской воды.

Для остального мира Кикай предоставляет редкую возможность заглянуть в медленное сердцебиение гигантских вулканических систем. Он напоминает нам, что самые мощные вулканы на Земле могут казаться спокойными на поверхности, в то время как их глубинные резервуары продолжают развиваться. Задача сейчас состоит в том, чтобы использовать эти знания для улучшения мониторинга, создания более совершенных моделей и более ранних предупреждающих сигналов о будущих извержениях.