Геологи объяснили аномальные скорости смертоносных пирокластических потоков

Обрушение вершины действующего вулкана и другие процессы могут приводить к появлению бурлящей смеси раскаленных газов, пепла и обломков породы, которая устремляется прочь на скорости во многие сотни километров в час. Такие пирокластические потоки чрезвычайно опасны, способны преодолевать водные преграды и даже двигаться вверх по склонам. Они словно обманывают обычное трение и перемещаются так, будто состоят из одной кипящей воды, а не из пепла, камней и лавы.

Эти свойства пирокластических потоков до сих пор остаются загадкой. Однако лабораторные эксперименты, проведенные геологами новозеландского Университета Мэсси, показали, что плотные породы в таких потоках движутся почти без трения, опираясь на «воздушную подушку» из сжатого горячего воздуха и вулканических газов. Об этом профессор Герт Любе (Gert Lube) и его коллеги пишут в статье, опубликованной в журнале Nature Geoscience.

По словам ученых, это была самая масштабная в истории попытка воспроизвести вулканические процессы «в закрытом помещении», для чего в лаборатории была сконструирована установка PELE. Она заставляет двигаться массу пепла, пемзы и газов общим весом около шести тонн, симулируя обрушение эруптивной колонны — мощной лавовой струи. Некоторые вулканы взрывами выбрасывают такие потоки, и их обратное падение на склон способно приводить к образованию пирокластического потока. 

Чтобы смоделировать эти процессы, ученые сбрасывали разогретые выше 100 °C породы на 12-метровую наклонную горку и фиксировали их движение с помощью скоростных видеокамер и других инструментов. Скорость потока в лабораторных условиях превысила 100 км/ч, и, уже промчавшись до конца горки, обломки унеслись еще на 35 метров от ее основания.

Наблюдения показали, что движущаяся пирокластическая смесь моментально разделяется. Сильное трение заставляет нижние слои двигаться намного медленнее верхних и приводит к образованию пустот с пониженным давлением. В них моментально устремляются газы, скопившиеся под большим давлением по соседству. В результате внизу потока образуется горячая «воздушная подушка», по которой вулканический пепел и обломки пород путешествуют, почти не чувствуя трения и набирая огромную скорость.

На основе собранных данных ученые создали компьютерную модель и подтвердили, что эти процессы действительно разворачиваются в масштабах реальных вулканов. Возможно, некий аналог такой воздушной подушки возникает и при оползнях и лавинах — других природных «обвалах», способных набирать удивительно большую скорость.