Все вулканы работают одинаково? Этна доказала обратное

Этна — самый активный вулкан Европы, но долгое время учёные не могли понять, откуда у него берётся магма. Казалось, всё давно известно: есть три основных типа вулканов и понятные механизмы их работы. Но с Этной эта схема не складывалась — слишком много странностей не удавалось объяснить. Новое исследование предлагает неожиданную версию и, если гипотеза подтвердится, привычную классификацию вулканов придётся пересмотреть и дополнить учебники четвёртым типом вулканизма.

Как вулкан Этна меняет то, что мы знали о жизни вулканов. Источник изображения: ru.pinterest.com

Этна не подходит под три известных типа вулканов Земли

Вулканы на нашей планете образуются, когда породы мантии плавятся и поднимаются к поверхности. До сих пор считалось, что это происходит тремя основными путями:

• Срединно-океанические хребты — тектонические плиты расходятся, мантийное вещество поднимается и формирует новое океаническое дно.
• Зоны субдукции — одна плита «ныряет» под другую, вода из погружающейся плиты снижает температуру плавления мантии, и рождаются взрывные вулканы вроде Фудзи.
• Горячие точки — аномально горячий материал мантии пробивается вверх посреди плиты, создавая вулканические цепочки вроде Гавайев.

Этна не вписывается ни в одну из этих категорий. Вулкан расположен рядом с зоной субдукции, но его химический состав больше похож на продукцию горячих точек — хотя никакой горячей точки под ним нет. Учёные спорили об этом десятилетиями, предлагая всё новые гипотезы — и ни одна не объясняла все особенности Этны сразу.

Странная лава Этны, которая поставила геологов в тупик

Этна удивляет не только расположением, но и историей своих извержений. На ранних этапах жизни вулкан извергал небольшие объёмы лавы, богатой кремнезёмом. Позже он начал выбрасывать огромные количества лавы, насыщенной щелочными металлами — калием и натрием.

Странная лава вулкана Этна долгое время ставила ученых в тупик. Теперь они знают, в чем ее особенность.

Звучит как простая смена рецепта, но для геологов это серьёзная головоломка. Обычно всё наоборот: лава с высоким содержанием кремнезёма связана с крупными магматическими резервуарами и большими объёмами извержений, а щелочная лава образуется из слабо расплавленных мантийных пород и поэтому извергается в малых количествах. Этна нарушает это правило — такая эволюция прямо противоположна тому, что наблюдается, например, на Гавайях.

Представьте себе кран, из которого сначала тонкой струйкой шла вода с известковым налётом, а потом вдруг хлынул мощный поток чистейшей родниковой воды. Откуда вдруг столько «чистого» материала? Именно это и озадачивало вулканологов.

Источник магмы Этны: древний расплав с глубины 80 км

Новое исследование показывает: в отличие от обычных вулканов, где магма формируется незадолго до извержения, Этну питают небольшие порции магмы, уже существующей в верхней мантии на глубине около 80 километров. Эта магма хранится в так называемой зоне пониженных скоростей — слое, где сейсмические волны замедляются, потому что часть породы находится в частично расплавленном состоянии.

Такие зоны, вероятно, распространены по всей планете, но расплав из них редко добирается до поверхности. У Сицилии ситуация особенная. Столкновение Африканской и Евразийской плит создаёт сложные тектонические движения. Плита изгибается вблизи зоны субдукции, в ней открываются трещины, и магма поднимается через них — примерно так же, как жидкость выдавливается из губки.

Аналогия учёных: магма выдавливается из мантии, как вода из губки при сжатии

Сами авторы исследования назвали Этну «протекающей трубой», по которой древний расплав из глубин мантии порциями доставляется на поверхность. Учёные из Лозаннского университета во главе с профессором Себастьеном Пиле изучили геохимию лавовых слоёв за всю 500-тысячелетнюю историю вулкана. Данные показали, что состав магмы Этны оставался в целом стабильным на протяжении всего этого времени, даже когда тектонические условия менялись. Вариации в объёмах извержений определялись главным образом движениями плит.

Petit-spot вулканы: Этна может быть гигантом этого типа

По мнению авторов работы, Этна может принадлежать к малоизвестной четвёртой категории вулканов — так называемым «petit-spot» — крошечным подводным вулканам, впервые описанным в 2006 году японскими геологами. Эти крошечные вулканы стали убедительным доказательством того, что на границе литосферы и астеносферы существуют карманы магмы — идея, впервые предложенная ещё в 1960-х годах.

Но вот загвоздка: petit-spot вулканы — это крошки высотой всего в несколько сотен метров, а Этна возвышается на 3 403 метра над уровнем моря. Как один и тот же механизм мог создать и подводный холмик, и гигантский стратовулкан?

«Наше исследование предполагает, что Этна могла сформироваться по механизму, аналогичному тому, что порождает подводные крошечные вулканы, — объясняет Себастьен Пиле. — Это неожиданно, поскольку такие процессы ранее наблюдались только у очень маленьких вулканических структур».

Люди на фоне извержения вулкана Этна, побережье Сицилии.

Ответ, вероятно, кроется в уникальном тектоническом положении Сицилии. Столкновение двух огромных плит создаёт достаточно трещин и давления, чтобы «выкачивать» магму из глубинных карманов в масштабах, невозможных в обычных условиях. По сути, Этна — это petit-spot вулкан, выросший до невиданных размеров благодаря особой тектонической обстановке.

Открытие Этны поможет точнее прогнозировать извержения

Петролог Сара Ламбарт из Университета Юты, не участвовавшая в исследовании, назвала описанный механизм «новым типом вулканизма». По её словам, это открытие выходит далеко за рамки одного вулкана.

Роль взаимодействия магмы с литосферой в вулканических процессах изучена недостаточно. А значит, хотя Этна и уникальна, описанный для неё тип вулканизма может указывать на более масштабные явления. Если зоны пониженных скоростей действительно распространены по всей планете, то аналогичные процессы могут играть роль и в работе других вулканов — просто до сих пор их не искали.

Если хотите обсудить новость с другими читателями, заходите в наш Telegram-чат!

Есть и практический аспект. Этна нависает над городами Катания и Мессина в восточной Сицилии, где живут сотни тысяч человек. Результаты исследования могут помочь улучшить прогнозирование извержений, потому что понимание источника магмы — ключ к оценке масштабов будущих событий.

Важно подчеркнуть: пока это гипотеза, пусть и подкреплённая серьёзным геохимическим анализом, опубликованным в рецензируемом Journal of Geophysical Research: Solid Earth. Сами авторы осторожно отмечают, что Этна «может быть» уникальным местом на Земле, где состав расплавов зоны пониженных скоростей можно изучать прямо на поверхности. Это не окончательный вердикт, а приглашение к дальнейшим исследованиям — и, возможно, к пересмотру наших представлений о том, что вообще может создавать вулканы.