Сайты партнеров




GEO приглашает

28-го января в центре современного искусства «Винзавод» c 12:00 до 18:00 пройдет Юна-Фест — выставка-пристройство собак и кошек из приютов


GEO рекомендует

WoodAndWatercolour — удивительные и современные изделия для интерьера, объединяющие лаконичность графики и неповторимую фактуру дерева


В самое пекло

Американец Кен Симс в детстве бил стекла и поджигал почтовые ящики. Но потом нашел применение своей любви к острым ощущениям: он посвятил жизнь исследованиям геологических процессов в недрах вулканов
текст: Йорн Ауф дем Кампе
Olivier Grunewald

Чтобы заглянуть в ад, нужны: перечный спрей, резиновые сапоги, полевая лаборатория с набором шлангов и ампул, двумя мотоциклетными аккумуляторами, насосом и газоанализатором. Все это ученые тащат на себе. Впереди вышагивает руководитель экспедиции Кен Симс с рюкзаком за плечами. За ним — два ассистента, навьюченные, как ослы. От холода коченеют пальцы, но им все нипочем. Они упорно шагают по пепельно-серой песчаной равнине, усеянной камнями. Переходят ручьи, пересекают сосновые рощицы, похожие на оазисы посреди пустыни. Раз за разом порывы ветра доносят запах тухлятины.

На случай встречи с медведем гризли у исследователей наготове газовые баллончики. От подземной опасности должны защитить резиновые сапоги. «Идите по моим следам», — командует Симс. Один неверный шаг — и кипящая жижа может мгновенно прожечь подошву. Симс указывает на яму, над которой клубится пар. На ее поверхности лопаются грязевые пузыри. Вскоре путь проходит мимо еще более крупных котлованов с бурлящей термальной водой, насыщенной зловонными ядовитыми газами.

Эти котлованы и нужны ученым. Их цель — собрать образцы испарений, чтобы лучше понять характер дремлющего супервулкана Йеллоустон, таящего в своих недрах крупнейшие в мире скопления жидкой магмы.

Вот только парадокс: здесь не видно вулкана в привычном смысле этого слова. У Йеллоустона нет ни конической вершины, ни глубокого кратера. Он не похож ни на грациозный итальянский Стромболи, ни на монументальный африканский Килиманджаро. Этот вулкан настолько велик, что его просто не охватить взглядом. Он занимает треть территории Йеллоу­стонского национального парка на северо-западе США.

И туристы разгуливают по вулкану, не замечая его. А вокруг — застывшие свидетельства древних катаклизмов. Слои вулканических пород толщиной до 100 метров, выброшенные из-под земли во время трех гигантских извержений.

Первое из них произошло 2,1 миллиона лет назад. Тогда от взрывов распались горные цепи, скалы превратились в пыль, выбросы поднялись на высоту 50 километров — до верхней границы стратосферы. Разбушевавшийся гигант взметнул в небо огромные массы материи — от гигантских каменных глыб до крохотных песчинок и молекул газа. Вулканический пепел покрыл более четверти территории Северной Америки. И еще много лет над Землей парили облака пыли, вызвавшие глобальное похолодание. Катаклизмов такого масштаба не было за всю историю человечества. Для сравнения: самая крупная геологическая катастрофа Нового времени — извержение индонезийского вулкана Тамбора в 1815 году. Тогда в атмосферу было выброшено 160 кубических километров горной породы — это в 15 раз меньше, чем при первом извержении Йеллоустона.

Второй раз супервулкан проснулся 1,27 миллиона лет назад и ограничился «лишь» 280 кубическими километрами выбросов. А 640 тысяч лет назад он взорвался в третий раз — вдвое слабее, чем в первый. Но и этого хватило, чтобы его вершина провалилась, образовав кальдеру — огромную круглую впадину с длиной окружности 150 километров.

Позднее здесь время от времени происходили менее мощные извержения. Кальдера заполнялась потоками лавы. Постепенно ветры и дожди сточили края гигантского блюдца. Лишь в 1960-е годы ученые обнаружили руины кратера по спутниковым снимкам. Оказалось, что под ним сохранился громадный пузырь магмы. Его глубина такова, что по вертикали в нем уместились бы 15 Останкин­ских телебашен. Температура расплава внутри превышает 800 градусов Цельсия. Этого хватает, чтобы подо­гревать термальные источники, гнать из-под земли пары воды, сероводород и углекислоту. Для любителя острых ощущений Кена Симса это шанс заглянуть в его недра.

Американский геохимик изучает по всему миру вулканические газы и свежую лаву — изливающуюся на поверхность магму. Его цель — проанализировать их химический состав и создать глобальную базу данных. Иногда для сбора образцов приходится с риском для жизни спускаться на тросе в кратеры, погружаясь в клубы ядовитых испарений. На сицилийской Этне на Симсе обгорел термозащитный костюм. При спуске в жерло вулкана Масая в Никарагуа острые выступы вулканического стекла чуть не рассекли трос. В Конго на ученом оплавились резиновые сапоги, когда он карабкался вверх по стене кратера Ньирагонго, чтобы взять образец раскаленной породы с края бурлящего лавового озера.

Собранные образцы должны помочь Симсу изучить химические процессы, протекающие в недрах вулканов. А может, даже открыть общие принципы любых извержений. Из всех его научных объектов Йеллоу­стон — самый большой и самый мощный. 53-летний ученый уверен, что рано или поздно сможет спрогнозировать примерную дату его следующего пробуждения.

Перефразируя известного английского биолога Дерека Эйджера, можно сказать: жизнь вулкана подобна службе солдата — долгая скука и короткие мгновения ужаса. Вулканы служат грозным напоминанием о том, что в сердцевине Земли закупорена раскаленная материя, температура которой достигает 6000 градусов Цельсия. И что планете надо время от времени «выпускать пар».

Во всем мире насчитывается около полутора тысяч вулканов. В их расположении есть закономерность: большинство сосредоточено вдоль зон, где одна плита земной коры пододвигается под другую, погружаясь в полурасплавленный слой мантии. Например, в районе Японии, Индонезии и тихоокеанского побережья Южной Америки.

Другие вулканы возвышаются в зонах расхождения двух пластов или разрыва одного блока. Например, в районе Восточно-Африкан­ского разлома. Или Исландии. И лишь немногие вулканы расположены вдали от мест стыка литосферных плит. Они вздымаются над так называемыми «горячими точками» — прорехами в земной коре, которые заполнены огненным расплавом породы. Такие скопления магмы есть под вулканами на Гавайях, Галапагосах и Канарах.

И под Йеллоустоном.

Кен Симс ведет группу по следам бизона. «Вот оно — Огарковое озеро», — объявляет профессор. Впереди — бледно-голубой овал размером не больше садового пруда. Вода в нем горячая и мутная, как матовое стекло. Над пузырящейся поверхно­стью подниматся пар. У берега колышется слой черных «огарков» — пустотелых шариков, образовавшихся из остывших сернистых соединений.

Симс и его спутники скидывают рюкзаки. Здесь они развернут полевую лабораторию — в одном из самых взрывоопасных районов национального парка, в гейзеровом бассейне Норрис на краю кальдеры. На этом месте постоянно возникают новые геотермальные источники, грязевые котлы и гейзеры. 20 лет назад в окрест­ностях Огаркового озера прогремел взрыв. Пар от кипящих подземных вод вырвался наружу, пробив дыру размером с теннисный корт и обрушив на землю тонны обломков.

Огарковое озеро — уникальный геотермальный источник. На глубине 18 метров под его поверхностью залегает слой расплавленной серы. На сот­ни метров ниже простирается толща слоистых осадочных пород. А еще через несколько километров пышет жаром гигантский пузырь магмы. Масса вязкой, полурасплавленной породы поднимается вверх двумя столбами. Ее подогревает узкий поток твердой раскаленной материи. Судя по результатам анализа сейсмических волн, он может углубляться на сотни километров в недра планеты. Но все это лишь приблизительные подсчеты. Точно никто не знает.

От течения физико-химических процессов в магматической «каше» зависит, когда снова проснется вулкан Йеллоустон. Это оттуда вырываются на поверхность едкие газы и радиоактивные частицы, которые нужны Симсу, чтобы понять, что творится в огненных недрах.

Вулканы различаются не только по мощности и объемам выбросов, но и по тому, как происходит плавление породы под их основанием. В отличие от Йеллоустона, большинство вулканов образуют из остывшей лавы конические вершины высотой до 7000 метров, как Охос-дель-Саладо в Андах на границе Чили и Аргентины. Другие разрастаются вширь, постепенно покрывая территорию в радиусе десятков километров лавовыми наслоениями. Типичный пример — вулкан Мауна-Лоа на Гавайях. Длина его подводного основания достигает 120 километров, а ширина — 50. Некоторые вулканы объединены в гигантские геологиче­ские комплексы. Такие, как Срединно-океаниче­ский хребет протяженностью 65 тысяч километров. Это самая длинная горная цепь в мире, опоясывающая земной шар по дну океанов.

Вулканическая деятельность влияет не только на земной рельеф. Подводные вулканы извергают в моря минеральные вещества, меняющие химический состав воды. А их «со­братья» на суше изрыгают пылевые облака, вызывающие охлаждение климата. И кислотные дожди, удобряющие моря и почву железом и фосфатами. Если бы не вулканы, у Земли вообще не было бы атмосферы. Потому что все газы в составе воздуха, за исключением кислорода, имеют вулканическое происхождение.

Хотя вулканы встречаются повсеместно, их изучение — задача чрезвычайно трудная и затратная. Взять, к примеру, магматические камеры. Обычно они закрыты толстым слоем скальной породы. А вдобавок порой ледниковым щитом, как печально известный исландский вулкан Эйяфьядлайёкюдль. Как подобраться к этой «огненной печи»?

До конца не изучены и процессы плавления пород в магме, где под воздействием мощного давления и высокой температуры происходят постоянные физико-химические превращения. Даже вихревые потоки в столбах вулканической пыли — невероятно сложное аэродинамическое явление.

Вокруг кратеров многих вулканов установлены инфракрасные камеры и датчики для измерения напряженности магнитного поля. За дрейфом пылевых облаков следят радары. Сейсмографы фиксируют сейсмические волны, чтобы определить типы подземных толчков, которые могут служить предвестником извержения. Но для сбора еще более точных данных нужен газоанализатор. Его-то и использует Кен Симс.

Американский геохимик склоняется над краем Огаркового озера. На нем наколенники, какие обычно надевают, когда кладут плитку. И респиратор для защиты от ядовитых испарений. «Включить газоанализатор!» — командует он. На вид не скажешь, что Симс профессор. Мускулистый здоровяк с невозмутимым лицом, он даже шутит без улыбки. Для подчиненных его слово — закон. В экспедиции все вопросы решает он.

В детстве Симс был «трудным подростком». Поджигал почтовые ящики, бил стекла автомобилей. А потом открыл для себя горы и стал одним из лучших мастеров экстремального альпинизма в Америке. Сейчас он бросает вызов вулканам.

Симс уже мировая величина в геохимии. Любитель острых ощущений превратился в страстного исследователя. Он по-прежнему готов в любую минуту пойти на риск. Но теперь заранее все просчитывает. «Ошибается тот, кто считает себя неуязвимым, — говорит Симс. — Рисковать тоже надо с умом».

Он обгорал, попадал под камнепады. У него на теле следы ожогов и шрамы. На глазах Симса в горах гибли друзья. Он знает, что выбрал одну из самых опасных профессий в мире. Но ему не привыкать.

Симс водит над пузырящейся поверхностью Огаркового озера двухметровым шестом с воронкой газоуловителя на конце. По прикрепленному к воронке шлангу собранный газ по­ступает в резервуар анализатора, способного выявлять частицы радона и других радиоактивных элементов. Обычно «отфильтровывается» не больше 500—600 атомов на литр газа. Это все равно что искать молекулы капли спирта, растворенной в большом озере.

Кроме дорогого и высокоточного датчика радона у Симса в лаборатории университета Вайоминга есть большой стационарный масс-спектрометр — прибор для измерения массы ядер атомов. Ассистенты отмечают в желтой тетради каждый нюанс: условия отбора проб, температуру и уровень кислотности в источнике, концентрацию различных веществ в испарениях.

Но концентрация радиоактивных элементов в испарениях ничтожно мала. Поэтому Симсу приходится максимально близко подбираться к их источнику, будь то выход геотермальных вод или жерло вулкана. Каждый лишний сантиметр — это шанс взять чистый образец с наименьшим количеством атмосферных примесей. Зачастую ему приходится висеть на тросе над жерлом вулкана с 30-килограммовым грузом аккумуляторов и насосов.

Казалось бы, зачем так напрягаться и рисковать ради каких-то атомов? Но эти неуловимые частицы — ключ к разгадке процессов, протекающих в магматической камере. Материя земной мантии содержит радиоактивные элементы, подверженные распаду. Их атомы время от времени «взрываются» сами собой, распадаясь на атомы другого элемента или изотопа — разновидности исходного вещества. Это превращение сопровождается излучением. Поскольку продукты деления в большинстве своем тоже радиоактивны, они продолжают распадаться, пока не образуются устойчивые частицы. Так выстраивается радиоактивный ряд. Например, в случае с ураном-238 он начинается с распада этого изотопа и после деления множества промежуточных продуктов типа радия и радона завершается образованием стабильного изотопа свинца.

Деление элементов в радиоактивном ряду происходит с разной скоростью. Период полураспада урана-238 — 4,5 миллиарда лет. За такой срок его количество уменьшается в два раза. Продукты его деления распадаются гораздо быстрее. Некоторые — за несколько минут. Или даже секунд. Разница огромная. Но по­скольку именно уран стоит в начале этой цепочки, скорость его распада задает темп циклу рождения и смерти всех его производных.

Со временем скорость деления дочерних элементов становится равной скорости их образования из материнских. В цепочке устанавливается так называемое радиоактивное равновесие. Когда вещество расплавляется до состояния магмы, некоторые элементы выносятся на поверхность при ее выплесках. Или улетучиваются с газами. Равновесие нарушается. И на его восстановление требуется время.

Вот тут и таится зацепка для Кена Симса. По концентрации радиоактивных элементов в пробах вулканических испарений он может определить, когда именно было впервые нарушено радиоактивное равновесие в недрах Земли и сколько времени потребовалось газу, чтобы достичь поверхности. То есть понять, когда в данном районе образовалась магматическая камера. И на какой глубине она находится. «Сегодня мы подобрались к ней ближе», — комментирует Симс электронные щелчки анализатора. Вчера севернее этого места прибор подавал другие сигналы. В том районе перемещение газа к поверхности явно занимает больше времени.

Исследования Симса напоминают работу детектива, который восстанавливает по уликам картину давнего преступления. А зная прошлое, можно предсказать и будущее.

Йеллоустон — один из немногих вулканов, за которыми тщательно наблюдают ученые. Спутниковые радары с точностью до сантиметра сканируют деформации рельефа. Двадцать шесть сейсмометров регистрируют самые незначительные подземные толчки. GPS-маяки и датчики в пробуренных скважинах фиксируют сдвиги земной коры. С самолетов каждый год ведется мониторинг выбросов углекислоты и других газов, а также температуры почвы. Наземные термодатчики день за днем следят за изменениями состояния многих термальных источников, гейзеров и грязевых котлов. Всего их здесь более десяти тысяч. Но для изучения такого гиганта и этого мало.

Извержение менее крупных дей­ствующих вулканов, за которыми ведется пристальное наблюдение, вулканологи могут предсказать за несколько дней или даже недель. Предсказать извержение Йеллоустона невозможно. Не хватает данных, полученных опытным путем: ни­кто не знает, какие изменения сейсмиче­ской активности могут предвещать его пробуждение. В год на его территории происходят тысячи мелких землетрясений. Туристы их почти не замечают. Как расценивать эти толчки? Какие типы вибраций предвещают будущую катастрофу? Сейсмические сигналы из недр Йеллоустона сильно отличаются от данных, полученных при изучении других вулканов. Но над его магматической камерой в глубине породы находится гигантский водный резервуар. Может, сигналы искажает толща воды?

В некоторых районах национального парка почва поднимается и опускается, словно дышит. Кое-где со скоростью до семи сантиметров в год. Не значит ли это, что извержение может начаться в ближайшем будущем?

Йеллоустонский колосс задает ученым больше вопросов, чем любой другой вулкан на планете. Предполагается, что состояние магмы в его недрах меняется медленно и циклично. Но насколько медленно? Магма здесь сосредоточена на такой большой глубине, что газы доходят до поверхности лишь за несколько часов, а то и дней. Для сравнения: на вулкане Ньирагонго в Конго это занимает минуты.

«Непростой зверь», — говорит Симс. Его методы дают возможность заглянуть в эту адскую кухню. В ходе исследования горы Эребус в Антарктике он сумел доказать, что последние 2000 лет в ее недрах вновь скапливается магма. А значит, вероятность извержения возрастает с каждым годом. Он установил, что магматическая камера вулкана Масая в Никарагуа через несколько столетий снова переполнится расплавленной породой. Цель его глобального проекта — понять общие закономерности магмообразования. И благодаря этому в конечном счете раскрыть секрет Йеллоустона.

Но для этого нужно больше информации. Симсу придется еще годами собирать образцы вулканических газов по всему национальному парку — в активных и относительно спокойных зонах. Подсчитывать количество атомов радона в пробах. Сравнивать эти результаты с параметрами других вулканов. Итогом должна стать единая база данных, на основе которой, возможно, удастся составить даже долгосрочный прогноз.

Если магматический пузырь под Йеллоустоном раздувается, то при мощном землетрясении в породе могут образоваться вертикальные трещины, из которых начнет извергаться лава. За этим последует серия взрывов в разных точках по периметру магматической камеры. В результате свод вулкана обрушится. И разразится апокалипсис, представленный в фильме-катастрофе «2012».

В ближайшие тысячелетия такое мегаизвержение маловероятно, считает большинство ученых, основываясь на данных статистики. К тому же Йеллоустон может «выпустить пар» за счет серии мелких извержений. Такое относительно «скромное» извержение произошло здесь в по­следний раз 70 тысяч лет назад. Но и тогда потоки лавы затопили территорию площадью в два раза больше округа Колумбия, где находится столица страны — Вашингтон.

На следующий день исследователи с собранными данными и пробами воды возвращаются в Ларами. Газовые баллончики так и не пригодились. Резиновые сапоги у всех целы. На какое-то мгновение заботы отступают перед грандиозным зрелищем геологической стихии. Что такое величайшие строения человечества по сравнению с одной магматической камерой Йеллоустона?

«Человеческая цивилизация, — пишет американский философ Уильям Дюрант, — существует только по милости нашей планеты, которая сдерживает свои геологические силы, но в любой момент может передумать». Речь не только о Йеллоустоне. В глубинах земной коры есть и другие супервулканы, извержение которых может вызвать глобальную катастрофу. Например, массив дремлющего вулкана Утурунку в Боливии поднимается на сантиметр в год. Причиной этого может быть увеличение магматической камеры в его недрах.

В Чили пробуждается похожий гигант. И даже под боком у европейцев, в окрестностях Неаполя, тихонько тлеет еще одна гигантская «пороховая бочка» — Везувий. Пробудится ли он
и когда именно, никто не знает. Одно известно точно: за свою долгую историю Земля пережила как минимум 47 мегаизвержений.

«Предотвратить извержение невозможно, — говорит Симс. — Можно лишь предупредить людей о на­двигающейся опасности, чтобы дать им время подготовиться к неизбежному».

25.04.2013