Супервулканы. Неожиданная правда о самых загадочных геологических образованиях Вселенной - Робин Джордж Эндрюс

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 [7, 8].

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 литологическом[6] 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.

Пятьдесят шесть миллионов лет назад тектоническая плита Фараллон находилась под водой далеко на западе Северной Америки. Под ней расположился фонтан перегретого материала [9], вырвавшийся из нижних слоев мантии сотнями километров ниже. Поднимаясь, он встретился с плитой Фараллон и расплавил отдельные ее части. Поток магматических веществ, оказавшись в области более низкого давления, разуплотнился. Когда мантия освобождается от давления, она плавится, поэтому грандиозный подъем этого фонтана растопил огромное количество породы на нижней стороне плиты Фараллон. Образовалось много магмы. Лава извергалась на древнее морское дно, создавая каскады осадочных и вулканических пород толщиной более десятка километров. Это был первый залп фонтана.

Подобные фонтаны называются мантийными плюмами (или струями) и встречаются по всей планете. Но, как и магматические резервуары, мантийные плюмы никто никогда непосредственно не наблюдал. О том, что они существуют, можно судить только по сейсмическим волнам, которые отражаются от подозрительных участков мантии и меняют траекторию, а также по поведению вулканов, расположенных над ними. До сих пор ведутся бурные споры об их свойствах, происхождении и даже самом их существовании. Но мнение большинства сводится к тому, что мантийные плюмы существуют и могут создавать чрезвычайно странные вулканы. Так, многие ученые подозревают, что древний мантийный плюм, когда-то расположенный к западу от Северной Америки, начал необычное путешествие на восток 56 миллионов лет назад, стоя при этом совершенно неподвижно; то есть фонтан укоренился на месте, а Североамериканская плита скользила по нему примерно по юго-западной траектории.

Фараллонская плита, столкнувшаяся с Североамериканской плитой, была обречена на разрушение. Когда 42 миллиона лет назад они встретились, более плотная Фараллонская плита погрузилась во впадину в результате процесса, который геологи называют пододвиганием (субдукцией). В то время как впадина жадно поглощала плиту Фараллон, а обе плиты продолжали двигаться вверх, раскаленный фонтан оставался в одном и том же месте мантии. Как если бы кто-то неподвижно держал зажженную спичку и проводил над ней листом бумаги.

Около 17 миллионов лет назад под неумолимым натиском плюма плита Фараллон – тектонический щит Северной Америки – раскололась. По крайней мере в двух местах струя пробила раздробленный щит. Достигнув новых высот, плюм теперь мог прожечь подбрюшье Северной Америки. Он плавил горные породы с безрассудным упорством. И разразился адский потоп.

Реки текучей базальтовой