Йеллоустонский вулкан. Николай Короновский.

На западе США, в Кордильерских горах,находится знаменитый Йеллоустонский национальный парк, славящийся неповторимыми пейзажами, разнообразной фауной, тёплыми источниками и гейзерами, привлекающий многие тысячи туристов со всех концов света. Рядом располагается ещё один национальный парк — Большой Тетон. Для тех, кто любит и знает геологию, эти территории особенно интересны: они относятся к огромной кальдере (исп. caldera — котёл) — провалу, возникшему в результате мощнейших извержений. Свидетельства тех событий — остатки магмы, содержащей большой процент (более 65%) оксида кремния. Вынесение из недр Земли таких магм, как правило, сопровождается катастрофическими взрывами с выпадением на огромных территориях вулканического пепла. Хорошо известно, сколько бед наделал проснувшийся в 2010 году исландский вулкан Эйяфьятлайокудль. Из-за разносившихся на большое расстояние пепловых туч почти прекратилось авиасообщение в Европе. А ведь это было не очень крупное извержение весьма небольшого вулкана!

«Гиперболоид» земных глубин

Современная кальдера в Йеллоустоне похожа на чашу неправильной формы размером примерно 70×50 км. Впрочем, «чаша» — определение условное, в кальдере есть горные хребты и понижения рельефа. Она сформировалась в результате трёх извержений — 2 млн, 1,3 млн и 630 000 лет назад. Тысячи лет здесь бьют источники и гейзеры, нагретые жаром земных недр. И в центре этой чаши есть ещё три кальдеры. Каждая из них возникла в результате катастрофических извержений.

Формирование этой грандиозной вулканической системы, начавшееся примерно 16 млн лет назад, геологи связывают со стационарным положением так называемой горячей точки, или плюма, родившейся из крупной магматической камеры в верхней части мантии, от которой вверх поднимается восходящая «струя» магматического расплава, пронизывающая всю литосферу.

По геофизическим данным, земная кора в этом районе имеет сложное строение, она подразделяется на несколько слоёв, в которых располагаются самостоятельные очаги как богатой железом базальтовой магмы, так и кислой риолитовой.

Северо-Американская литосферная плита постоянно перемещается к юго-западу со скоростью несколько сантиметров в год, а «горячая струя» не меняет своего положения и в процессе движения плиты подобно гиперболоиду инженера Гарина из одноимённого романа А. Н. Толстого как бы «прожигает» её, образуя близ поверхности магматические очаги, из которых и происходят извержения, последовательно сформировавшие девять кальдер. Первое произошло 16,5—15 млн лет назад, затем 15—13; 12—10,5; 10,5—8,6; 10,7; 6,5—4,3; 2; 1,3 млн лет. Последней, самой молодой кальдере 630 000 лет. Вся эта цепочка кальдер простирается с юго-запада на северо-восток примерно на 500 км от границы штатов Орегон и Невада, через Айдахо и заканчивается на стыке штатов Монтана, Вайоминг и Айдахо.

Хотя «горячая точка» начала функционировать около 17 млн лет назад, геологи предполагают, что возникла она ещё раньше — может быть, 50—60 млн лет назад в Тихом океане, в районе разлома Мендосино, в так называемой тройной точке сочленения разломов — и Северо-Американская литосферная плита с течением времени просто «наехала» на эту точку.

Поступление магмы в «горячей точке» вызвало в районе собственно Йеллоустонской кальдеры сводовый подъём местности на высоту полкилометра на большой площади. Затем последовало извержение кислой риолитовой магмы с мощными выбросами туфов и пеплов и ступенчатое проседание поверхности, которая опустилась, занимая место выброшенной из очага в огромном объёме магмы. Извержения риолитовых лав сменялись колоссальными по мощности взрывами газов, разносящих вулканический пепел на огромную площадь. Даже в нескольких сотнях километров от кальдеры толщина выпавшего пепла составляла 5—10 см. Во время этих извержений формировались пепловые потоки, из которых образовывались покровные игнимбриты — спёкшиеся туфы и пеплы. Потом снова изливались вязкие риолитовые лавы. Объём выброшенного материала при формировании последней Йеллоустонской кальдеры превышал 1000 км3. Для сравнения можно привести объёмы выбросов при сильнейших извержениях современности: вулкан Святая Елена (1980) — 1 км3;  вулкан Пинатубо на Филиппинах (1991) — 9,6 км3;  вулкан Кракатау в Зондском проливе (1983) — 17 км3.

Видно, что мощность взрывов в собственно Йеллоустонской кальдере была просто невероятна. Базальтовые лавовые потоки образовали огромную равнину долины реки Снейк, по существу плато, обрамлённое с севера и юга горными хребтами. Эти многочисленные реки подвижных базальтовых лав, общей мощностью местами до 1,6—1,8 км, практически перекрыли следы всех кальдер древнее 2 млн лет. Источником базальтов плато Снейк, по-видимому, является магматический очаг на глубинах 10—15 км, состоящий из богатых железом основных магм, которые американские геологи показывают на разрезах земной коры этого региона.

Плато длиной почти 300 км и площадью 52 тыс. км2 благодаря очень молодому возрасту обладает первичной, неэродированной поверхностью лавовых потоков, изливавшихся из множества жерл, вокруг которых образовывались очень пологие щитовые вулканы с небольшим углом наклона склонов. Лавы были жидкими и растекались на большое расстояние, а их русла неоднократно перекрывали друг друга, но каждый поток был небольшой мощности, шириной лишь в несколько метров. Наиболее молодым базальтовым потокам не больше 2000 лет.

Перемещение йеллоустонской «горячей точки». Девять кальдер — следов древнейших извержений — протягиваются с юго-запада на северо-восток по равнине Снейк Ривер. Тёмные и красные точки на склонах, окружающих равнину гор, — центры вулканической деятельности: гейзеры, фумаролы (тёмные), а также очаги землетрясений (красные).

Гейзеры и землетрясения

В районе кальдеры, преимущественно в северной и северо-западной частях, существуют группы гейзеров, фумарол (трещин, источающих горячие газы) и тёплых источников. Впервые гейзеры описаны знаменитой экспедицией Льюиса и Кларка в 1806 году.

Всю эту систему гейзеров, источников и фумарол нагревает неглубоко залегающий магматический очаг. Вода, циркулируя в трещинах коры, проникает на глубины 1—1,5 км, нагревается, вернее, перегревается там в полостях горных пород. Временами давление пара превышает вес столба воды, и пар вместе с водой выбрасывается фонтаном на десятки метров над поверхностью земли. Этот процесс продолжается периодически. Во многих местах имеются озёра с тёплой водой, окрашенные в разный цвет благодаря различным минеральным примесям, а также отложения кремниевой накипи — гейзеритов, образующих причудливые террасы, по которым стекает вода, или небольшие холмы. Гейзеры долго не живут. В силу разных причин они перестают действовать, но зато возникают новые.

Район Йеллоустонского национального парка обладает повышенной сейсмичностью. Землетрясений много, но их магнитуда не превышает, как правило, 5. Эпицентры группируются в рои, полоса которых обрамляет базальтовое плато Снейк Ривер с погребёнными под лавами более древними кальдерами. Землетрясения (их гипоцентры располагаются на глубинах 15—20 км) большей частью происходят по причине активности разломов, хотя какое-то их количество обусловлено и вулканической деятельностью. В последней по времени кальдере, сформировавшейся благодаря мощнейшим эксплозивным извержениям кислой магмы, плотный рой эпицентров землетрясений располагается в её северо-западной части. Именно там в 1959 году произошло землетрясение с магнитудой 7,5, вызвавшее сход гигантского оползня, который перегородил каньон реки Мэдисон, в результате чего образовалось озеро Хебген. С горы сползло более 80 млн тонн  горных пород. Погибли 28 человек. Всё это очень напоминает образование Сарезского озера на Памире, где сейсмогенный обвал перегородил реку Мургаб, создав огромный водоём. Землетрясение, получившее название Хебгенского, было самым сильным из зарегистрированных в Йеллоустонском национальном парке.

Следует отметить, что в непосредственной близи к тому же самому разлому находится город Солт-Лейк-Сити. Тридцать лет назад университет штата Юта установил в этом районе множество сейсмографов и других приборов, фиксирующих тектонические подвижки. Все данные в режиме реального времени передаются в университет Солт-Лейк-Сити. Каждый год вокруг Йеллоустонской кальдеры и внутри неё фиксируется от 100 до 1000 относительно небольших землетрясений.

Любопытно, что внутри собственно кальдеры землетрясения слабее, чем снаружи, и их гипоцентры расположены на глубинах 3—5 км. Об этой особенности внутрикальдерных землетрясений мы поговорим ниже. Надо сказать, что землетрясения активизируют работу гейзеров, так как изменяется давление в блоках горных пород.

Что может произойти с кальдерой?

Этот вопрос волнует многих в Северной Америке. Как мы знаем, за последние 16—17 млн лет в этом районе периодически возникали мощные извержения. При последнем извержении вулканический пепел покрыл практически всю территорию США, за исключением крайнего востока. Спустя более полумиллиона лет недра вулкана не потухли, о чём свидетельствуют современные геологические и геофизические данные. Разные точки поверхности Йеллоустонской кальдеры, особенно в центральной части, непрерывно поднимаются. С 1923 по 1984 год подъём составил более 10 м. Образование какого-то вздутия в кальдере продолжается и сейчас. За последние четыре года поверхность поднялась на 1,78 м, тогда как за предыдущие 20 лет всего на 0,1 м.

Это говорит о росте и активизации магматической камеры под кальдерой. Внутри неё происходят слабые, но частые землетрясения, указывающие на активность сетки разломов, которая может быть связана с подъёмом магмы.Разрез Йеллоустонской кальдеры по долине реки Снейк. Горячая магма в очаге возможного вулкана находится в 40 км от поверхности. Своим теплом она постоянно «прожигает» наступающую по нескольку сантиметров в год плиту, сложенную из гранита и вулканического камня возрастом от 50 млн до 3,8 млрд лет. Пока жар расплавленных недр всего лишь подогревает воду гейзеров и тёплых источников.

Как уже упоминалось, геологическая история Йеллоустонской кальдеры имеет циклический характер. Извержения обычно начинаются мощными эксплозивными выбросами, которые сменяются меньшими по масштабу излияниями вязких риолитовых лав, а затем происходят извержения базальтовых лав, таких, как мы видим в покровах долины реки Снейк. Поэтому будущее Йеллоустонского вулкана зависит от того, на какой стадии развития он находится в настоящее время. Если вулкан уже прошёл последний цикл относительно спокойных излияний базальтовых лав, то следующий должен начаться с мощнейших взрывных извержений, в результате которых образуется новая гигантская кальдера. И для США, да и для всего мира это может превратиться в грандиозную катастрофу. Однако сейчас дать сколько-нибудь определённый прогноз невозможно. Остаётся только внимательно наблюдать за кальдерой, используя все современные методы, и ждать.

Следует отметить, что промежутки между извержениями сокращаются. Первоначально существовал прогноз о возможном извержении в 2075 году, однако сейчас называются новые даты, более близкие к сегодняшнему дню.

Существуют сценарии возможного извержения в Йеллоустонской кальдере. Предполагается, что поверхность сначала быстро поднимется на несколько метров и почва прогреется до +70оС. Истечение газов из трещин вызовет увеличение концентрации в воздухе сероводорода и гелия. Затем последует грандиозный взрыв, при котором вулканический пепел может подняться на высоту 40—50 км и при этом в первые же часы покроет пространство с радиусом более 1000 км, а затем и всю территорию США и часть Канады. Возникнет ситуация, которая называется «ядерной зимой», когда резко падает солнечная радиация и, как следствие, понижается температура. Возникнут и другие последствия, например горячие лахары — грязекаменные потоки. Таким образом, извержение, если оно произойдёт по такому сценарию, может представить собой глобальную катастрофу.

Автор:  Николай КОРОНОВСКИЙ , профессор, заведующий кафедрой динамической геологии геологического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова.

При подготовке статьи автор использовал материалы книги Роберта Б. Смита и Ли Дж. Сигела «Окна внутрь Земли».

Источник:  «Наука и жизнь» № 5, 2012.

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *