Магма оказалась похожей на мороженое

Извержения вулканов случаются нечасто, но приносят огромный ущерб. По оценкам Международной ассоциации воздушного транспорта, во время извержения исландского вулкана Эйяфьядлайёкюдль в 2010 году авиаперевозчики потеряли около 1,7 миллиарда долларов. Многие стихийные бедствия становятся неожиданностью для сейсмологов, поэтому разрабатываются новые методики изучения активности вулканов. Эти методики в дальнейшем могут стать основой технологий прогнозирования извержений.

Новая работа, опубликованная в журнале Science, посвящена исследованиям магматических очагов — огромных подземных резервуаров магмы. Изучать магму напрямую сложно: пластичная масса температурой 700—1300 °C способна расплавить любой исследовательский инструмент. Для анализа условий внутри очагов ученые использовали кристаллы циркона, выброшенные на поверхность во время одного из извержений вулкана Таравера в Новой Зеландии.

Циркон — устойчивый магматический минерал, который разрушается крайне медленно. В нем присутствуют примеси радиоактивных элементов — урана и тория.

На анализе этих элементов в минерале построен метод уран-ториевого датирования, который использовали авторы работы. Торий-230 — дочерний изотоп, который образуется в результате распада урана. При анализе учитывается вековое равновесие членов радиоактивного ряда. Второй использованный метод — анализ примесей редких элементов: лития и иттрия.

Исследование показало, что кристаллы сформировались несколько десятков тысяч лет назад. При этом 90% времени они провели среди относительно холодной, кристаллизированной магмы в глубине очага. Затем они начали подниматься на поверхность, и лишь в последние сотни или даже десятки лет перед извержением оказались в горячих слоях под самой поверхностью Земли. По словам одной из авторов исследования, Кэри Купер (Kari Cooper), магматический очаг похож на мороженое-рожок: основная часть вещества относительно холодная, сквозь нее протекает горячая жидкость.

Интересно, что вулкан выбросил кристаллы на поверхность только при извержении, которое произошло около 700 лет назад. Гораздо более интенсивное извержение, случившееся 25 000 лет назад, не затронуло кристаллы — они оставались в подземном очаге. По словам ученых, это показывает, насколько сложен процесс движения магмы вверх. Дальнейшие исследования помогут узнать, как он соотносится с выбросами магмы наружу и можно ли выявить циклы движения, чтобы предвидеть последующие извержения вулканов.

Статья опубликована в журнале Science.

Существует несколько способов спрогнозировать извержение вулкана. Например, в 2011 году датчики GPS зафиксировали небольшие смещения грунта на склонах исландского вулкана Гримсвотн. Это позволило не только предвидеть скорое извержение, но и оценить его масштабы.