Невидимый вулкан в Японии начал пугать ученых

Кальдера Кикай у берегов Японии, место самого мощного извержения за всю современную эпоху, снова накапливает магму. Причем это не остатки старого расплава, а совершенно новая порция, поступающая из глубин. Команда японских геофизиков впервые детально картировала подземный резервуар и предложила модель, которая объясняет, как «перезаряжаются» самые опасные вулканы мира — включая Йеллоустоун и Тоба.

Остров Иодзима образовался в результате одного из извержений вулканической системы Кикай. Источник изображения: wikipedia.org

Что произошло 7 300 лет назад в кальдере Кикай

Около 7 300 лет назад подводный вулкан у японского острова Кюсю устроил то, что вулканологи называют извержением Кикай-Акахоя. Это было одно из крупнейших извержений голоцена, текущей геологической эпохи, получившее индекс вулканической эксплозивности (VEI) 7, что ставит его в один ряд с извержениями Санторин, Кратерного озера и Тамборы.

Чтобы представить масштаб: вулкан выбросил порядка 160 кубических километров породы в пересчете на плотный эквивалент — это в 32 раза больше, чем извержение Пинатубо в 1991 году. Пирокластические потоки накрыли территорию в радиусе до 150 км от эпицентра, а пепел выпал на большей части Японии и юге Корейского полуострова. После такого взрыва земля просела, и образовалась огромная впадина — кальдера размером примерно 20 на 17 км, большая часть которой оказалась под водой.

Извержение серьезно ударило по культуре Дземон — охотников-собирателей, населявших тогда Японские острова. Пирокластические потоки уничтожили леса, засыпали реки слоем пепла, а некоторые острова, например Танэгасима, оставались необитаемыми на протяжении столетий, потому что экосистема восстанавливалась крайне медленно.

Еще больше познавательных статей вы найдете в нашем канале в MAX. Подпишитесь прямо сейчас!

Чем вулканические кальдеры опаснее обычных вулканов

Кальдера — это не просто гора с кратером. Это гигантская воронка, которая образуется, когда вулкан выбрасывает столько магмы, что земная поверхность буквально проваливается внутрь опустевшей камеры. Самые известные примеры таких структур — Йеллоустоун в США, Тоба в Индонезии и та самая кальдера Кикай в Японии.

Обычные вулканы ученые научились более-менее отслеживать: мелкие землетрясения, вздутие поверхности, изменение газов — все это сигналы грядущего извержения. С кальдерами все сложнее: объемы магмы огромны, временные масштабы измеряются тысячелетиями, а внутренняя «сантехника» устроена запутанно. Хотя науке известно, что такие системы могут извергаться повторно, процессы, которые ведут к новому взрыву, до сих пор изучены слабо.

Именно поэтому открытие японских ученых так важно — оно впервые позволяет увидеть, что происходит внутри кальдерной системы спустя тысячи лет после суперизвержения.

Кальдера отличается от обычного вулкана: это широкая неглубокая впадина над огромным магматическим резервуаром

Как ученые заглянули внутрь подводного вулкана

Парадоксально, но то, что кальдера Кикай находится под водой, оказалось не помехой, а преимуществом. Как объясняет геофизик Университета Кобэ Сэама Нобукадзу, подводное расположение позволяет проводить систематические крупномасштабные исследования.

Команда совместно с Японским агентством морских наук и технологий (JAMSTEC) разместила 39 океанических донных сейсмометров и использовала пневматические пушки вдоль профиля протяженностью 175 километров. Принцип работы напоминает медицинское УЗИ, только в масштабе земной коры: пневмопушки создают звуковые импульсы, а сейсмометры на дне «слушают», как эти волны проходят сквозь породу. Там, где есть расплавленная магма, волны замедляются — и это замедление можно точно измерить.

Результаты показали аномалию низких скоростей прямо под кальдерой на глубине от 2,5 до 6 км — это и есть магматический резервуар. По форме в двумерном сечении он напоминает трапецию, а его ширина не меньше ширины внутренней кальдеры. Доля расплава в резервуаре оценивается в 3–6%, но может достигать 10%.

Ученые размещали донные сейсмометры с исследовательского судна, чтобы «просветить» недра кальдеры

Почему магма в кальдере Кикай оказалась «свежей»

Самый интригующий результат исследования: магма в резервуаре — не остатки того древнего извержения, а новый расплав, поступающий из глубин Земли.

Как ученые это установили? Работали два аргумента. Во-первых, в центре кальдеры последние 3 900 лет формируется новый лавовый купол — видимый признак продолжающейся вулканической активности. Во-вторых, химический анализ показал, что состав материалов этого купола отличается от того, что было выброшено при извержении 7 300 лет назад.

Если бы магма была старой, ее химия совпадала бы с древними образцами. Но она другая — а значит, резервуар пополняется снизу. Это означает, что гигантские кальдерные резервуары не исчезают после суперизвержения. Структура сохраняется как долгоживущая «зона хранения» магмы, даже если содержимое со временем полностью обновляется.

Представьте бассейн, который когда-то полностью осушили. Через тысячи лет в него снова начала поступать вода — но уже из другого источника. Бассейн тот же, вода — новая. Примерно так ведет себя магматический резервуар Кикай.

Что накопление магмы означает для прогноза извержений

На основе данных по Кикай ученые предложили универсальную модель «повторной инъекции магмы» — она описывает, как кальдерные резервуары пополняются после крупных извержений. Наличие крупных неглубоких магматических резервуаров под другими знаменитыми кальдерами, Йеллоустоуном, Тобой, говорит о том, что они могут проходить аналогичный цикл опустошения и пополнения.

Крупнейшие кальдерные вулканы мира: Йеллоустоун, Тоба и Кикай — все они могут проходить схожий цикл пополнения магмы

Важно: это исследование не означает, что извержение Кикай неминуемо. Но оно дает ученым значительно более четкую картину того, как эти громадные магматические системы восстанавливаются на протяжении тысячелетий. Временные масштабы здесь измеряются тысячами лет, и ценность работы — не в немедленной тревоге, а в улучшении долгосрочной физики прогнозирования.

С учетом того, что регион вокруг Кикай сегодня густо заселен, понимание механизма «перезарядки» супервулканов — вопрос не абстрактного любопытства, а практической безопасности. Даже относительно скромное извержение в такой зоне может быть куда разрушительнее, чем катастрофа 7 300-летней давности, просто потому, что людей вокруг стало несравнимо больше.