Оглавление
Введение
Супервулкан – это вулкан, мощность извержения которого достигает 8-ми баллов по Шкале эксплозивного индекса (VEI – Volcanic Explosivity Index ). Извержения супервулканов настолько сильны, что могут привести к изменению климата на всей планете Земля.
Шкала измерения силы извержения вулкана (VEI)
Индекс вулканической деятельности (VEI – Volcanic Explosivity Index ) является относительной мерой вулканического извержения. Индекс был разработан в 1982 году Крисом Ньюхоллом (Chris Newhall) из Геологической службы США и Стивеном Селфом (Stephen Self) из Гавайского университета. Индекс вулканической эксплозивности (изверженности), представляет собой числовую шкалу, которая измеряет относительную силу вулканических извержений.
Для построения шкалы VEI, используются такие количественные и качественные показатели вулканического извержения, как объем изверженных продуктов, высота облака вулканического пепла и внешний вид самого процесса извержения (от слабого и вялого до интенсивного и грандиозного). Значения шкалы безразмерные и изменяются от 0 до 8. Значение 0 присваиваивается самым слабым, невзрывным извержениям, с объемом продуктов извержения не превышающим 0.001 км3. Максимальное значение шкалы – 8, присваивается самым грандиозным извержениям, при которых выбрасываются тысячи кубических километров вулканического вещества (магмы, пепла, вулканических бомб, газа…). Вулканический пепел выбрасывается на высоту, которая может превысить 20 км. Именно такие вулканы, которым присваивается значение индекса близкое к 8, и считаются супервулканами.
Супервулканы
Супервулканы, по площади своего извержения, охватывают огромные территории, называемые магматическими провинциями. Для супервулканов вводится понятие “мегакальдера” – огромные по диаметру жерла вулканов. Один из характерных примеров – мегакальдера Блэйк-Ривер (Blake River) находящаяся в Канадских провинциях Онтарио и Квебек.
Супервулканы отличаются от обычных стратовулканов отсутствием ясно выраженных конусов. Так, крупнейший из известных и наиболее “созревший” для извержения – Йеллоустонский супервулкан, кальдера которого имеет размеры 55×75 км, географически может быть описан как слабо всхолмленная местность, окруженная горами.
На Земле существует около 20 известных науке супервулканов, 7 из которых активны до сих пор. В среднем, извержение супервулкана происходит раз в 100 000 лет. Каждый из них может проснуться, поэтому они потенциально опасны для жизни всей планеты Земля. Кратко рассмотрим семь потенциально активных супервулканов: Айра, Таупо, Тоба, Валлес-кальдера, Флегрейские поля, Лонг-Велли, Йеллоустоун.
Основные супервулканы Земли
Семь, наиболее значительных супервулканов Земли, которые мы кратко рассмотрим, представлены на схеме ниже.
Каждому супервулкану мы присвоили номер. Вот список этих супервулканов (номера на карте и в списке совпадают):
1. Bулкан Айра (Япония)
2.Таупо (Новая Зеландия)
3. Тоба (Суматра, Индонезия)
4. Валлес-кальдера (Нью-Мексико, США)
5. Флегрейские поля (Неаполь, Италия)
6. Лонг-Велли (Калифорния, США)
7. Йеллоустоун (Вайоминг, США)
По каждому из семи супервулканов приведена информация о внутреннем их устройстве, поверхностном проявлении и другая интересная информация, которую удалось собрать в Интернете.
Супервулкан Айра (Япония)
Супервулкан Айра (Super Volcano Ira) расположен на Японском острове Кюсю. Вулкан взорвался 22 000 лет назад. В наше время, в кальдере вулкана Айра, расположился город Кагосима, с населением полмиллиона человек. В кальдере супервулкана Айра, кроме города Кагосима находится действующий вулкан Сакурадзима (Sakurajima).
Сакурадзима является одним из самых активных вулканов в Японии. Его последнее извержение произошло летом 2016 года. До этого он извергался в 2013 и 2009 годах. Извержения происходят каждые несколько лет.
Извержения вулкана Сакурадзима подтверждает, что супервулкан Айра “жив”, и если он взорвется, то вся Япония за несколько часов покроется пеплом и потоками лавы. По данным японских геологов, вероятность того, что супервулкан Айра проснется в ближайшие 100 лет, находится в пределах 1%.
Таупо (Новая Зеландия)
Супервулкан Таупо (Taupo), расположен в Новой Зеландии. Кальдера супервулкана заполнена озером Таупо.
Последнее извержение произошло 27 000 лет назад. Оно известно, как извержение Оруануи. В результате взрыва, образовалась кальдера глубиной 200 метров, которую заполнило озеро Таупо.
Извержение Оруануи (Oruanui )
Извержение Оруануи, которе является последним извержением супервулкана Таупо, было крупнейшим вулканическим извержением в мире, за последние 70 000 лет и достигло 8 баллов по шкале VEI. Извержение произошло примерно 27 000 лет назад и отличалось огромным объёмом вулканических выбросов, до 1170 км³ магматического материала. Вулканический пепел покрыл большую часть центральных районов Северного острова Новой Зеландии слоем, глубина которого, местами достигала 200 см. Пепел распространился практически на всю Новую Зеландию, и даже в 1000 км от вулкана, на архипелаге Чатем, он ложился слоем в 18 сантиметров.
Извержение серьёзно изменило ландшафт окрестностей вулкана: в частности, произошла смена русла реки Уаикато. Причиной образования супервулкана Таупо является глубинный плюм, принёсший к поверхности Земли огромное количество тепла. Это тепло и образовало расплавленные породы, извергнувшиеся в форме вулкана. Это хорошо видно на приведенной схеме.
Разогрев коро-мантийного вещества может происходить за счет трения между континентальной плитой, на которой располагается супервулкан Туапо и погружающейся океанической плитой. Хорошо известно, что трение приводит к разогреву.
Тоба (Суматра, Индонезия)
Супервулкан Тоба (Toba), расположен на острове Суматра. Мощное извержение супервулкана, произошедшее 74 000 лет назад, сорвало вершину огромной горы. Обломки разлетелись на многие и многие километры, а на месте вулканического взрыва, в жерле вулкана, образовалась обширная впадина – кальдера Тоба и одноимённое вулканическое озеро Тоба. Глубина озера Тоба достигает 500 м, а размеры 90х25 км. Это самое большое вулканическое озеро в мире.
Извержение супервулкана Тоба, стало крупнейшим за последние 20 млн лет. Из жерла супервулкана было выброшено почти 3 000 км³ пепла.
Под кальдерой супервулкана Тоба, расположен огромный очаг магмы, который может спровоцировать новый взрыв.
Корень магматического очага уходит глубоко в мантию Земли. В извержении сыграла огромную роль вода, поднимающаяся с больших глубин через гигантскую трещину, в погружающейся океанической плите. Эта красивая гипотеза имеет достаточно убедительное обоснование. На трехмерной сейсмотомографической модели Земли, в пределах супервулкана Тоба, можно отчётливо увидеть эту судьбоносную для вулкана, трещину в плите (отмечена серией вертикальных стрелок).
На схеме, особо отмечена (красными пунктирными линиями) роль хребта Исследователей (Explorers Range), в возникновении и деятельности супервулкана Тоба. Красный пунктир указывает разломную зону вдоль хребта Исследователей, по которой на глубине происходит разрыв плиты. Разрыв в плите облегчает её дегидратацию, то есть выделение, из погружающейся в мантию литосферы, воды. Выделяющаяся вода направляется вверх и снижает температуру плавления мантийных и коровых пород. Расплавленные породы, через трещины в земной коре, подымаются к поверхности Земли, через жерло вулкана Тоба.
Для наглядности, мысленно разрежем блок Земли, включающий супервулкан Тоба, до глубины мантии по вертикальной плоскости, пересекающей трещину в океанической плите, которая пододвигается под Индонезию. По этой трещине поступает глубинная жидкость, которая снижает температуру плавления горных пород.
На “Разрезе мантии под супервулканом Тоба” зелеными точками обозначены очаги коровых и мантийных землетрясений. Синие и красные стрелки показывают возможные пути миграции воды и расплавов из различных участков погружающейся океанической плиты (1, 2). Синим цветом, обозначены менее горячие потоки воды, а красным – более горячие потоки воды и расплавов. Так же, видны магматические резервуары (3, 4). Переведем английские названия на разрезе:
GSFZ (Great Sumatra Fault Zone) – Большая зона разлома Суматры.
Mafic crust – базальтовый слой земной коры
Moho – граница Мохоровичича (Мохо)
Mantle – мантия
Felsic crust – гранитный слой
Basic magma reservoir – резервуар магмы
Water ascent – подымающийся поток воды
Melts and fluids – частично и полностью расплавленная порода
Dehydration – дегидратация погружающейся океанической коры
Subducting oceanic lithosphere – субдукция (поддвиг) океанической литосферы (плиты).
Последствия извержения супервулкана Тоба
Извержение супервулкана Тоба, уничтожило практически все живое в Восточной Африке. В Индии, толщина отложений вулканического пепла достигала 6-ти метров!
Условные обозначения на карте: Красная точка – вулкан Тоба.
Голубые точки – места, где обнаружен пепел от извержения Тоба.
Красная линия – вероятная ‘зона смерти’.
Влияние извержения супервулкана Тоба на климат всей Земли
Климатологи из Института метеорологии им. Макса Планка (Гамбург, Германия), под руководством Клаудии Тиммрек, разработали климатическую модель, которая наиболее реалистично воспроизводит воздействие извержения супервулкана Тоба на климат Земли.
Была разработана математическая модель воздействия извержения супервулкана Тоба на климат. Согласно этой модели, в стратосфере образуется пылевое облако, из извергнутой вулканом, газообразной двуокиси серы. На основании геологических данных, авторы вычислили, что вулкан Тоба выбросил в атмосферу 850 миллионов тонн серы. Это облако, отражающее солнечные лучи, должно было вызвать резкое похолодание. Модель показала, что извержение супервулкана Тоба оказалось катастрофическим, но не до такой степени, как считалось раньше. Получилось, что температура на планете упала только на 3-5 градусов, так как высокая концентрация серы в атмосфере была не очень долгой: за 2-3 года, закрывающие Солнце серные облака, рассеялись. Наиболее экстремальные изменения климата в Африке и Индии, держались только год или два. Исследователи делают вывод, что катастрофа НЕ могла уничтожить флору и фауну в регионе полностью, хотя, конечно, условия для жизни резко ухудшились.
Валлес-кальдера (Нью-Мексико, США)
Кальдера Валлес – один из самых маленьких супервулканов нашей планеты и наиболее изученный вулканический комплекс Соединенных Штатов. Супервулкан активен и в наше время, о чём свидетельствуют и горячие источники подземных вод, и трещины (фумаролы), из которых вырываются вулканические газы.
Кальдера супервулкана Валлес, расположена в юго-западной части США, на территории американского штата Нью-Мексико. Диаметр кальдеры не превышает 22 километров. Самая высокая точка, обрамляющих кальдеру гор – пик Редондо. Высота пика Редондо – 3430 метров. Супервулкан Валлес извергался неоднократно. Два из них подтверждены геологически.
Первое извержение произошло 1,47 миллионов лет. В результате образовалась кальдера Толедо, которая, вполне вероятно, появилась на месте еще более старых кальдер. В результате извержения, на поверхность Земли было выброшено около 600 000 км³ вулканических материалов.
Второе извержение случилось 1,15 миллионов лет назад и образовало современную кальдеру.
Современная активность супервулкана Валлес началась 50–60 тысяч лет назад и продолжается до настоящего времени. Об этом свидетельствуют не только горячие источники и выбросы газов, но и воздымание дневной поверхности над куполом кальдеры. Под кальдерой, по геофизическим данным, выявлена область, в которой понижена скорость прохождения упругих (сейсмических) волн. Понижение скорости, связано с частичным плавлением горных пород и зарождением базальтовой магмы.
На схеме показан подход из мантии, более горячего и более размягченноговещества из астеносферы.
Астеносфера – это более пластичный, за счет частичного плавления горных пород, слой Земли.
Национальный заповедник Валлес-кальдера.
Считается, что первые люди на территории Валлес, появились еще в доисторические времена. В рамках археологических раскопок, в пределах ее обода, были обнаружены наконечники копий в возрасте свыше 11 000 лет. Позже, на ее территории проживали испанские и мексиканские переселенцы, а в 1848 году, Валлес была плацдармом для войн между индейцами и армией США.
В 1876 году, земли в районе кальдеры были куплены семейством Бака и долгое время находились в частной собственности. В 2000 году, федеральное правительство США выкупило у последних владельцев 380 км² площадей, заплатив 101 миллион долларов, и основало на этих территориях национальный заповедник Валлес-кальдера (Valles Caldera). Национальный заповедник привлекает своим живописным пейзажем, многочисленными горячими источниками воды и фумарольными потоками горячего газа и пара, бьющими из под земли.
Одно из природных чудес заповедника – кальцитовая Дaмба Сода, расположенная поперек долины Валлес. Дамба образовалась за счёт горячих источников, которые в глубине кальдеры растворяют карбонатные породы. Растворы, насыщенные растворёным кальцитом, подымаясь вверх, остывают, карбонаты выпадают в осадок, образуя такую уникальную стену-дамбу.
Хотя Валлес считается относительно спокойным вулканом, он находится на стыке тектонических плит. Из-за нахождения в таком неспокойном районе, поведение супервулкана непредсказуемо.
Флегрейские поля (Неаполь, Италия)
Флегрейские поля (Phlegreian fields) – это общепринятое название кальдеры Флегрейского супервулкана. Флегрийский супервулкан расположен с западной стороны Неаполя, напротив всемирно известного Везувия, извержение которого разрушило Помпеи.
В районе Флегрийских полей, расплавленная магма находится так близко к поверхности, что земля постоянно пребывает в движении. Такое явление само по себе редкость, а учитывая, что здесь расположены густонаселенные районы города, Флегрейские поля уникальны.
Еще в I веке, прибрежная часть города Неаполя, погрузилась на глубину 10 метров в Средиземное море, уйдя под воду. А 40 лет назад, старый центр города Поццуоли, наоборот, начал подниматься и 10 000 человек из прибрежного района пришлось эвакуировать.
В 2013 году, жители Неаполя вновь были обеспокоены серией землетрясений: поверхность кальдеры поднялась на 11 сантиметров и продолжает подыматься. Этот подъем вызван поднятием магмы. Но ее объем невелик, так что пока можно не беспокоиться. С другой стороны, очевидно, что вулкан не спит и продолжает активную деятельность.
Лонг-Велли (Калифорния, США)
Кальдера Лонг-Велли – это след одного из крупнейших супервулканов на Земле, который взорвался 760 000 лет назад. В результате грандиозного извержения, образовалась долина площадью 30х20 км и глубиной до одного километра. Это пространство, когда-то занимала лишь вершина вулкана.
После серии землетрясений, произошедших в 1980 году, поверхность кальдеры приподнялась на несколько сантиметров. В течение следующих 10 лет, в долине несколько раз происходил выброс подземных ядовитых газов, после которого оставались мертвые растения.
С 2017 года, в районе кальдеры Лонг-Велли, наблюдается повышенная сейсмическая активность, то есть увеличилось число происходящих в этом районе землетрясений. Количество толчков с магнитудой, превышающей 2.0 и даже 3.0 достигает многих сотен и даже тысяч в месяц.
Если, до этого повышения сейсмичности, супервулкан Лонг-Велли, считался отмирающим, то в настоящее время, он ожил и грозит своим извержением. Это пробуждение, возможно, обусловлено испытаниями ядерного оружия, которые в то время проводились в пустыне штата Невада, лишь в 150 км от кальдеры супервулкана Лонг-Велли. В результате проведенных многочисленных геологических и геофизических исследований, под кальдерой Лонг-Велли, на глубине 5 – 15 километров, выявлен магматический очаг (см. рис.)
Магматический очаг наполняется расплавленной базальтовой магмой, поступающей по трещинам из более глубоких слоёв Земли. Эти трещины, возможно, образовались в результате сотрясений земной коры от ядерных взрывов в штате Невада.
В настоящее время, вулкан Лонг Велли, по сейсмической активности, является самым активным супервулканом на планете . По прогнозам геологов опасность извержения супервулкана Лонг Велли не меньшая, чем опасность извержения супервулканов Йеллоустон в США, и Айра в Японии. Извержение супервулкана Лонг Велли, несёт угрозу для жизни, не только на Североамериканском континенте, но и на всей планете Земля.
Йеллоустоун (Вайоминг, США)
Площадь кальдеры Йеллоустонского супервулкана настолько огромна, что в ней может поместиться весь мегаполис Токио. Йеллоустонский национальный парк, треть территории которого занимает кальдера Йеллоустонского супервулкана, был основан в 1872 году – это первый национальный парк в мире.
В литосфере под Йеллоустонским супервулканом, был обнаружен огромный магматический очаг. Этот очаг располагается на глубине всего 8 километров и поэтому нагревает многочисленные гейзеры Йеллоустонского национального парка.
Более подробно о Йеллоустонском супервулкане, о его природе, происхождении и дальнейшей судьбе, можно почитать на странице Йеллоустонский парк – горячая точка на суше Земли.
Катастрофические последствия извержения супервулканов
Само извержение супервулкана может убить миллионы людей, но его последствия, могут привести к гибели миллиардов.
Существует мнение, что опасность извержения супервулканов сравнима с ударом астероида: вероятность события мала, но возможны катастрофические последствия.
В зависимости от того, находится супервулкан на суше, или на дне океана, следует ожидать различные формы воздействия на окружающую природу, в том числе климатические изменения и цунами.
Извержение супервулкана на суше, будет сопровождаться выбросами в атмосферу огромного количества вулканического пепла и вулканических газов. А это приводит к значительным изменениям в атмосфере Земли.
Взрыв супервулкана на дне океана, часто сопровождается мощными цунами, которые могут вызвать обширные разрушения на суше, а также выбросами большого количества водяного пара в атмосферу, что впоследствии (в близкой перспективе), может привести к аномально сильным ливням и обширным локальным суперпотопам на суше.
Облако пепла “убивает” всё живое
Не так страшна лава, как пирокластический поток. (Так называют раскаленную смесь вулканического газа и пепла, которая распространяется с огромной скоростью – до 700 км/час.) Укрыться от такой раскаленной лавины невозможно. Все живое погибает от жара или отравляется токсичными газами. По мнению вулканологов, именно такой поток, стал основной причиной гибели людей в Помпеях.
Роберт Женевьев, петролог из Миссурийского университета, занимается изучением горных пород.
Петрология (от греч. πέτρος –камень) – геологическая наука o горных породах, процессах их формирования и преобразования.
Роберт Женевьев пришел к выводу, что во время извержения супервулкана, температура настолько высока, что раскаленный пепел, попадая на землю, превращается в лаву. Так пирокластический поток за считанные минуты, может покрыть сотни километров вокруг супервулкана, слоем кипящей лавы. Кроме высокой температуры и ядовитого газа, во время взрыва, горная порода разлетается на мелкие частицы, образуя в воздухе крохотные частицы стекла.
Последствия суперизвержения могут стать катастрофическими для континента: взрывное извержение супервулканов приведёт к возникновению супермощных пирокластических потоков -“ураганов” из вулканических газов, камней и пепла, которые покроют территории в тысячи и десятки тысяч квадратных километров. На этих территориях погибнет много живых существ. Покрытие почвы вулканическим пеплом толщиной всего в один сантиметр, приведет к гибели агрокультур. Кислотными дождями, суперизвержение приведет к загрязнению источников водоёмов в еще большем радиусе, вокруг извергающегося супервулкана.
Геолог Майкл Рампино, исследовал потухший супервулкан Тоба, на острове Суматра. Он пришел к выводу, что после взрыва на нашей планете, еще 6 лет шли кислотные дожди. Вместе с холодом, дожди из серных облаков, уничтожили урожай и мир охватил продовольственный кризис.
Даже извержение вулкана менее мощного, по сравнению с супервулканом, сильно влияет на климат Земли.
Так, извержение индонезийского вулкана Тамбора, в 1815 году, привело к одной из самых ужасных катастроф в истории человечества. Были уничтожены целая культура и три островные цивилизации, а всё Северное полушарие на год погрузилось в вулканическую зиму. Ученые из США опубликовали работу, раскрыв, ранее неизвестные последствия, извержения вулкана Тамбора. Сернистые газы и частицы пепла, мешали солнцу нагреть атмосферу, снизив температуру на планете. В результате, 1816 год запомнился, как “год без лета”- в июне и в июле были заморозки и выпал снег.
Вулканическая зима и парниковый эффект
Суперизвержение может быть губительным для всего населения планеты, в результате длительного снижения температуры на всей планете, гибели растительности и изменения состава атмосферы.
При извержении мощного вулкана, в атмосферу выбрасываются много тысяч тонн газов и пепла. В результате, в верхних слоях атмосферы Земли, образуется “экран” от солнечного света, закрывающий большую часть планеты от живительных лучей Солнца. Это приводит к понижению температуры на Земле, которое и получило название Вулканическая зима. Так например, после последнего извержения Йеллоустонского супервулкана, произошедшего 640 тысяч лет назад, температура на Земле понизилась на 10 градусов. И эта вулканическая зима продолжалась 20 лет.
Извержение Йеллоустонского или любого другого супервулкана приведет к ядерной, точнее, вулканической зиме. Такая катастрофа снизит температуру на планете на 5-10°С и обернется серьезной трагедией для всего человечества.
Если, попавшая в стратосферу пыль и смесь газов при извержении супервулкана, приводит к вулканической зиме, то после осаждения пыли и просветления атмосферы, из-за огромного количества углекислого газа, попавшего в атмосферу, начнется парниковый эффект, влекущий за собой нагрев всей планеты Земля.
Вулканическая зима сменится вулканическим летом.
Признаки предстоящего извержения супервулканов
Обычные вулканы хорошо изучены. Ученые могут объяснить, какие процессы происходят внутри и спрогнозировать приближающийся взрыв. Механизм извержения понятен: магма попадает в разломы земной коры, накапливается, и в какой-то момент вырывается на поверхность. А вот с супервулканами всё сложнее.
Можно ли предсказать извержение супервулканов
Ученые начали исследовать вулканы только 200 лет назад, а последнее извержение супервулкана, произошло более чем 20 000 лет назад. Поэтому нет документальных свидетельств того, как на самом деле происходит извержение супервулкана. На помощь приходит физико-математическое моделирование, с использованием мощных суперкомпьютеров.
В 2013 году, на ESRF ( European Synchrotron Radiation Facility) в Гренобле, был воссоздан миниатюрный взрыв супервулкана. В результате стало понятно, что магма не накапливается в разломах земной коры, как в обычных вулканах. Вместо этого, большой объем магмы “всплывает” к земной поверхности, с глубины более 10 км и, в следствие перепада температуры, взрывается. Это открытие позволит более надёжно прогнозировать будущее извержение супервулкана. И действительно, подъём такой огромной массы разогретого вещества, должен привести к заметному вспучиванию (на многие метры) земной поверхности.
Супервулканы на других планетах Солнечной системы
Супервулканы были обнаружен, на спутнике Юпитера, Ио и на спутниках Сатурна, автоматической межпланетной станцией “Вояджер-2”. Однако, вулканы за пределами Главного пояса астероидов, являются преимущественно криогенными, а не магматическими. Кратеры супервулканов были обнаружены и на Марсе. На Луне, невооружённым глазом, видны огромные кратеры, но вероятнее всего, это следы бомбардировки нашего ближайшего соседа, космическими телами.
Заключение
Hовое извержение супервулкана вызовет затяжную вулканическую зиму и голод, который загубит миллиарды жизней, в ближайшие годы, после взрыва. Но, когда это произойдет – завтра, через год или через много веков и даже тысячелетий, достоверно современной науке неизвестно.
Понимание механизма извержений, позволяет вулканологам уточнить методы прогноза. По мнению исследователей, признаком опасности, может служить значительное, на многие десятки метров, поднятие поверхности, в районе возможного извержения.
Использованные источники:
– https://toprating.in.ua/7-supervolcanoes/
– https://www.popularmechanics.com/science/environment/g26014758/most-dangerous-active-volcanoes/?slide=14
– https://ria.ru/20151105/1314123248.html
– https://www.popmech.ru/science/307792-10-faktov-o-supervulkanakh/
– https://www.youtube.com/watch?v=R29rL…
– https://the-day-x.ru/v-rajone-kaldery-supervulkana-long-velli-v-ssha-v-fevrale-2015-goda-zafiksirovano-rekordnoe-kolichestvo-zemletryasenij-2. “.htm
– http://vulkania.ru/kalderyi/kaldera-valles.html
– http://www.andaman.org/BOOK/