Виверження супервулкану в виставі художника.
Виверження супервулкана, катастрофічна подія, здатна змінити клімат планети і привести до масового вимирання видів, має іншу природу, ніж виверження простого вулкана. Механіка звичайного виверження передбачає збільшення внутрішнього тиску, але утворенню великих магматичних вогнищ можуть сприяти зміни на поверхні - тріщини і обвали.
На Землі існує близько 20 відомих науці супервулканів. Найвідоміший у Північній Америці - це Єллоустон (США). Для моніторингу стану мегавулканів важливо розуміти, які події стають причиною їх виверження. Дослідницька група, очолювана професором геології університету штату Іллінойс Патрицією Грегг (Patricia Gregg), опублікувала в Journal of Volcanology and Geothermal Research статтю, в якій представила нову модель механіки запуску виверження супервулкана. Співавторами статті стали професор коледжу Помона міста Клермонт у Каліфорнії Ерік Гросфілс (Eric Grosfils) і професор університету штату Орегон Шанака де Сільва (Shanaka L. de Silva).
"Якщо ми хочемо прогнозувати поведінку супервулкана і заздалегідь знати про майбутнє виверження, ми повинні ясніше розуміти, що викликає супервиверження, - говорить Грегг. - Дуже ймовірно, що супервиверження викликаються зовнішніми процесами, а не внутрішніми, як у випадку типових невеликих вулканів, які ми зазвичай спостерігаємо ".
Супервулкани, на відміну від звичайних, можуть викинути більш ніж 500 кубічних кілометрів магми. Це відповідає більш ніж п'ятистам звичайним виверженням.
"Типовий вулкан, коли він активний, може викликати довгострокові наслідки в глобальному масштабі, - розповідає Грегг. - Ми бачили, як великий викид попелу з вулкана в Ісландії паралізував повітряне сполучення у всій Європі. Наслідки супервиверження будуть сильнішими у багато разів ".
Результати нового дослідження суперечать висновкам двох статей, опублікованих в журналі Nature Geoscience в 2014 році і обґрунтовували наявність зв'язку між виверженнями магми і ймовірною її плавучістю. Гіпотеза плавучості магми полягає в тому, що магма може бути менш щільною, ніж породи, її оточуючі, і, отже, це може призвести до її «спливання», збільшення тиску в магматичній камері і запуску виверження.
"Коли ми думаємо про те, як виверження вулкана відбувається, ми уявляємо, що тиск у магматичній камері збільшується до тих пір, поки не відбувається вибух, вулкан вивергається, - говорить Грегг. - Це основна гіпотеза про причини виверження. Але в разі супервулканів ми не бачимо достатньо великої кількості доказів збільшення тиску. Коли я включила плавучість у мої математичні моделі, я не змогла відтворити результати досліджень 2014 року ".
Математична модель Грегг дозволяє вирахувати, що сталося б, якби великий обсяг магми з високою плавучістю знаходився під тонким шаром земної кори. Модель показала, що навіть коли магматична камера величезна, а різниця в щільності між магмою і навколишніми породами велика (малоймовірний сценарій), плавучість збільшує тиск в системі досить незначно.
«Той факт, що моя математична модель не узгоджується з їх аналітичним рішенням, дозволяє запропонувати, що в аналітичному рішенні було щось не враховано», - говорить Грегг.
Нове дослідження показало, що розмір вогнища є набагато більш важливим фактором початку виверження супервулкана. Не кількість магматичного матеріалу, а розмір камери впливає на стабільність порід, що утримують магму.
«Попередні дослідження показали, що, коли магматична камера розширюється, вона штовхає вищележну кору, яка потроху руйнується, - пояснює Грегг. - Коли великі магматичні осередки ростуть, що покриває її кора може стати нестабільною, і тоді ймовірність виверження збільшується».
Згідно з моделлю, якщо тріщини і руйнування кори досягають магматичного вогнища, магма виривається на поверхню. Це може викликати ланцюгову реакцію, яка «розстегує» весь супервулкан.
У ході подальших досліджень група Грегг сподівається скористатися обчислювальними можливостями суперкомп'ютера Blue Waters. Готується 4D-модель, яка дозволить у подробицях вивчити еволюцію магматичного вогнища Лонг-Веллі (Каліфорнія, США).
"Якщо ми бачимо кореляцію між розміром магматичного вогнища і ймовірністю виверження, важливо знати, чи викликаються виверження супервулканів внутрішніми факторами або ж відбуваються через розлами в корі. Від відповіді на це питання залежить, за чим ми повинні стежити, - говорить Грегг. - Якщо запуск відбувається під впливом зовнішньої сили, будь то землетрус або дефект поверхні, то ми повинні стежити за сейсмічністю, за розвитком дефектів кори, за діяльністю на поверхні, яка може призвести до розломів ".