Супервулканы

В 1950 гг. геологи обнаружили огромные округлые впадины (60–70 км в диаметре и несколько километров в глубину), напоминающие кальдеры самых известных вулканов планеты, образующиеся, когда высвобождающаяся магма вызывает обрушение кровли. Впадины находятся вблизи самых больших вулканических отложений, образовавшихся вследствие одного и того же извержения. Поэтому исследователи пришли к заключению, что они обнаружили остатки вулканов в сотни или даже тысячи раз более крупных, чем самые большие известные вулканы.

Поскольку толща континентальной коры велика, а высокотемпературные источники тепла, способные создать такие большие вулканические очаги, встречаются редко, то супервулканы — явление не частое. На протяжении прошедших 2 млн. лет как минимум 750 км3 магмы были внезапно извергнуты всего лишь в четырех регионах: Йеллоустонский национальный парк в штате Вайоминг, Лонг-Велли в Калифорнии, Тоба на острове Суматра и Таупо в Новой Зеландии. Поиск аналогичных крупных извержений продолжается и в других регионах, включая Запад Южной Америки и Дальний Восток России.

Супервулкан (сверхвулкан) — вулкан, производящий наиболее сильные и объёмные извержения (8 баллов по VEI).

Шкала вулканических извержений (VEI — англ. Volcanic Explosivity Index) — показатель силы извержения вулкана, основанный на объёме извергнутых продуктов (тефра) и высоте столба пепла. Предложен К. Ньюхоллом и С. Селфом в 1982 году для оценки воздействия извержений на земную атмосферу.

Диапазон изменения: от нуля — для извержений, с объёмом выбросов менее 10 тыс. м3 (104 м3), до восьми — для извержений, выбрасывающих в атмосферу более 1000 км3 (1012 м3) пепла и высотой столба пепла более 25 км.
Извержения с показателем VEI 6 баллов и более могут вызывать эффект вулканической зимы — заметного похолодания в планетарном масштабе.

Мегаизвержение — мощное вулканическое извержение, достигающее 8 баллов по шкале VEI. Такие извержения характеризуются огромным объёмом выброшенного материала (не менее 1000 км3) и разрушительными последствиями не только для окружающей местности, но и для глобального климата. Вулканы, способные извергнуть такое количество породы, называются супервулканами. Мегаизвержения происходят не чаще одного раза в 10 000 — 50 000 лет, но каждое из них оставляет значительный след в истории Земли.

Супервулканы — самая разрушительная сила на нашей планете. Мощность их извержения в десятки раз больше, чем у обычных вулканов. Они дремлют в течение сотен тысяч лет: магма, запертая в огромных резервуарах внутри их жерл, постепенно накапливается, чтобы излиться на поверхность земли с апокалипсической силой, способной уничтожить порой целые континенты. Таких спящих чудовищ на планете открыто всего несколько…

На Земле последнее такое извержение, по данным вулканологов, произошло 27 тысяч лет назад на Северном острове Новой Зеландии. Оно сформировало озеро Таупо. Было выброшено 1170 км3 пепла.

Исследуя потухший вулкан в районе озера Тоба на острове Суматра, геолог Майкл Рампино из Нью-Йоркского университета восстановил картину его катастрофического извержения 73 тысячи лет назад (выброшено было почти 3 тысячи км3 пепла). По его расчетам, из кратера вместе с тучами пыли и пепла было выброшено тогда до трех миллиардов тонн сернистого ангидрида. В результате губящие растительность сернистые дожди лились на Землю в течение шести лет. Тысячи кубических километров пепла были выброшены в атмосферу; его было так много, что солнечные лучи не могли пробить его толщу. Произошло глобальное понижение температуры на двадцать один градус, что послужило причиной последующего 1000-летнего похолодания. В радиусе четырёх с половиной тысяч километров от вулкана слой пепла толщиной тридцать пять сантиметров покрыл поверхность суши.

Город Сан-Карлос-де-Барилоче, Аргентина засыпаный пеплом. Снято днем

Рампино считает, что это «мега-извержение» и явилось причиной зафиксированного антропологами именно в ту эпоху демографического кризиса, когда, как считают учёные, на всей Земле осталось не больше десяти тысяч людей.
Поднявшаяся пыль на несколько лет сделала атмосферу непрозрачной для солнечных лучей. Фотосинтез зелёных растений резко сократился. В результате пищевая цепочка была нарушена. Человек оказался на грани выживания, население Земли сократилось в десять раз. Во столько же раз сократилось количество животных, многие виды вымерли. Три четверти растительного мира северного полушария погибло.

Сицилия. Дом до самой крыши залитый лавой во время извержения Этны в 2007 году.

Супервулканы отличаются от обычных по многим параметрам. Как известно, обычные вулканы имеют форму башнеобразного конуса. Супервулканы же представляют собой огромные котлообразные впадины или понижения в земле с ровным дном, называемые кальдерами. Когда обычный вулкан извергается, лава постепенно поднимается по жерлу вулкана до кратера на вершине горы и изливается вниз. В супервулканах, когда магма находится вблизи поверхности Земли, она не достигает её, а вместо этого начинает заполнять огромные подземные резервуары. Магма плавит скальную породу и становится ещё гуще и плотнее. Она так густа, что вулканические газы, которые и вызывают извержение в обычных вулканах, не могут пройти сквозь неё и огромное количество расплавленной магмы давит снизу на поверхность Земли. Она постепенно просачивается и перетекает через трещины в скальных породах. Так продолжается в течение тысячелетий, пока не происходит извержение, которое взламывает всю поверхность супервулкана, формируя новую кальдеру.

Кальдера, оставшаяся после последнего такого извержения, сформировала нынешний облик Суматры.

Вообще говоря, супервулканы столь велики и нечётко выражены, что их можно обнаружить, только фотографируя поверхность планеты со спутников. Следы от прошлых извержений уродуют лицо голубой планеты, словно оспины. Некоторые находятся на дне океана.

Пока найдены не все супервулканы, существующие на Земле.

Как выяснилось, один из самых больших из них находится в Йеллоустонском национальном парке в США. Забавно, но сначала учёные, подозревая, что особенности заповедника (гейзеры, тёплые ручьи и прочее) обусловлены вулканической деятельностью, никак не могли обнаружить эту кальдеру… из-за её огромного размера! Дело в том, что она видна только с орбиты Земли. При изучении снимков со спутника выяснилось: супервулкан занимает всю территорию парка размером 85 километров на 45 километров! Под туристскими тропами, рощицами и озёрами находится чудовищный резервуар с магмой.

Геологи построили компьютерную модель и попытались рассчитать дату следующего извержения. Исходные данные таковы: земля в Йеллоустоне поднялась на 75 сантиметров по сравнению с уровнем 1923 года, что свидетельствует об интенсивных процессах под поверхностью парка. В настоящее время подземный резервуар вулкана заполняется магмой с угрожающей скоростью. Сделанные расчёты показывают, что период между взрывами супервулкана равен приблизительно 600 тысячам лет. Последнее извержение произошло примерно 650 тысяч лет назад, а это означает, что мы находимся в преддверии очередного взрыва!

Крупнейшие извержения вулканов

1991 год — извержение вулкана Пинатубо на филиппинском острове Лусон силой 6 баллов, вызвавшее временное падение температуры на 0,5 °C. От извержения погибло как минимум 875 человек. Высота столба пепла составляла 34 км. Пепел, выброшенный этим извержением, закрыл непроницаемой завесой участок небосвода площадью 125 000 км2. Территория на этой площади на несколько часов погрузилась в полный мрак. Пепел выпадал во Вьетнаме, Камбодже и Малайзии.

В 1883 году «целиком» взорвался вулкан Кракатау (объём выброса тефра составил 18 км3). Высота нынешнего вулкана 813 м. До извержения 1883 года вулкан был значительно выше и представлял собой один большой остров. Однако мощнейшее извержение 1883 года разрушило остров и вулкан.
Извержение началось в мае. До конца августа взрывами было вынесено значительное количество пород, что привело к опустошению «подземной камеры» под Кракатау. Последний мощный взрыв докульминационной стадии произошёл на рассвете 27 августа. Колонна пепла достигла высоты 30 км. 28 августа большая часть острова под собственной тяжестью и давлением толщи воды обрушилась в пустоты ниже уровня моря, увлекая за собой огромную массу океанской воды, соприкосновение которой с магмой вызвало сильнейший гидромагматический взрыв. Соприкосновение воды с колонной пепла также вызвало огромный пирокластический поток высотой 900 метров. Пирокластический поток двигался с огромной скоростью в северном направлении, направлясь к Суматре, где от него погибли около 2000 человек.

Поднятые взрывом цунами высотой до 30 м привели к гибели на соседних островах около 36 тысяч человек, в море были смыты 295 городов и селений. Многие из них еще до подхода цунами были разрушены воздушной волной, которая повалила экваториальные леса на побережье Зондского пролива и срывала крыши с домов и двери с петель в Джакарте на расстоянии 150 км от места катастрофы. Атмосфера всей Земли была возмущена взрывом в течение нескольких суток. Воздушная волна обошла Землю по разным данным от 7 до 11 раз.

Газо-пепловая колонна поднялась в мезосферу, на высоту свыше 70 км. Выпадение пепла происходило в восточной части Индийского океана на площади свыше 4 млн км2. Объём материала, выброшенного взрывом, составил около 18 км3. Сила взрыва (6 баллов по шкале извержений) по оценкам геологов не менее, чем в 200 тысяч раз превышала силу взрыва, уничтожившего Хиросиму.

От острова после взрыва осталось три небольших части — острова Раката (остров), Сергун (остров), Раката-Кечил.
Значительное количество вулканического пепла оставалось в атмосфере на высотах до 80 км в течение нескольких лет и вызывало интенсивную окраску зорь.

1815 год — извержение вулкана Тамбора на острове Сумбава, сила достигла 7 баллов. В результате извержения выделилось вчетверо больше энергии, чем во время извержения вулкана Кракатау в 1883 году, а это означает, что энергия Тамборы была эквивалентна взрыву 800 мегатонн тротила. Объём выбросов в атмосферу порядка 150–180 км3. Взрыв вулкана был слышен на острове Суматра, расположенном в 2000 км к северо-западу от Тамборы. Вулканический пепел выпадал даже на таких удалённых островах, как Калимантан, Сулавеси, Ява, Молукки. Число погибших достигло 92 000 человек (самое большое количество погибших от извержения вулкана за всю историю человечества), из которых 11 000 — 12 000 погибли непосредственно от прямого воздействия извержения, остальные умерли от голода и болезней. Оно вызвало всемирное понижение средней температуры на 2,5°C в течение 1816 года (т. н. «год без лета»).

Год без лета — прозвище 1816 года, в котором в Западной Европе и Северной Америке царила необычайно холодная погода. До сегодняшнего дня он остаётся самым холодным годом с начала документирования метеорологических наблюдений. В США его также прозвали Eighteen hundred and frozen to death, что переводится как «тысяча восьмисотый и насмерть замёрзший».

Для распространения пепла по земной атмосфере потребовалось несколько месяцев, поэтому в 1815 году последствия извержения в Европе ещё не ощущались столь сильно. Однако в марте 1816 года температура продолжала оставаться зимней. В апреле и мае было неестественно много дождей и града. В июне и июле в Америке каждую ночь был мороз. В Нью-Йорке и на северо-востоке США выпадало до метра снега. Германию неоднократно терзали сильные бури, многие реки (в том числе и Рейн) вышли из берегов. В Швейцарии каждый месяц выпадал снег. Необычный холод привёл к катастрофическому неурожаю. Весной 1817 цены на зерно выросли в десять раз, а среди населения разразился голод. Десятки тысяч европейцев, к тому же всё ещё страдавших от разрушений Наполеоновских войн, эмигрировали в Америку.

Вулкан Тамбора до сих пор является действующим. В августе 2011 года уровень угрозы вулкана был повышен с I уровня (нормальный уровень опасности) до II (повышенный) вследствие усиления вулканической активности. В кальдере были зарегистрированы землетрясения и дымовые выбросы. В сентябре 2011 года уровень угрозы снова был поднят и достиг III уровня (существует вероятность извержения)

1783 год — извержение вулкана Лаки, Исландия (19,6 км3 лавы). В воздух поднялись клубы ядовитых соединений фтора и двуокиси серы, которые погубили более 50 % поголовья скота в Исландии (погибло примерно 11 000 голов крупного рогатого скота, 200 000 овец, 30 000 лошадей, а также почти все птицы и множество рыб); вулканический пепел засыпал частично или полностью пастбища на большей части территории острова. Огромные массы льда, растопленные лавой, привели к масштабным наводнениям. Начался голод, повлекший за собой гибель приблизительно 10 тысяч человек или 20% населения страны. В течение лета 1783 года во многих районах Европы и Северной Америки наблюдался светящийся туман, задерживавший солнечное излучение, что привело к понижению температуры во всём Северном полушарии. Данное извержение считается одним из самых губительных за последнее тысячелетие и самым крупным лавовым извержением за историческое время. Извергнутый вулканом тонкий пепел присутствовал во второй половине 1783 года над большей частью территории Евразии. Вызванное извержением понижение температуры в северном полушарии привело в 1784 году к неурожаю и голоду в Европе.

Солнце, закрытое пеплом

Около 969 года — сильное извержение вулкана Пэктусан, вулкан на границе КНДР и Китая, пепел этого извержения был найден даже в южной части острова Хоккайдо. В результате извержения образовалось Небесное озеро (Тяньчи). Выбросил 96 куб.км породы.

В 535–536 гг. произошло самое резкое понижение среднегодовой температуры в северном полушарии за последние 2 000 лет, это похолодание связывают с извержениями вулканов Кракатау и Тавурвур. Тавурвур — активный стратовулкан в Папуа — Новой Гвинее близ города Рабаул на острове Новая Британия.

180 год — извержение «Хатепе» вулкана Таупо силой 7 баллов (сильнейшее за последние 25 тыс. лет). Образовалось озеро Таупо. Возникли гигантские пирокластические потоки, которые опустошили местность в радиусе 80 км от вулкана. Так как Новая Зеландия в то время ещё не была населена маори, извержение произошло в безлюдном районе. Извержение вызвало локальное цунами, следы которого были обнаружены на центральном побережье Новой Зеландии. Извержение имело не столь сильное влияние на северное полушарие, однако римские и китайские источники зарегистрировали явление «красного неба».

Около 1628 года до н.э — извержение вулкана Санторин в Эгейском море, в 95 км к северу от Крита, было в 3 раза сильнее, чем Кракатау. 60-65 км3 выбросов. Извержение уничтожило минойскую цивилизацию Крита и вызвало гигантское цунами высотой около 18 м (по другим оценкам до 100 м). Облако пепла простиралось на расстоянии до 1000 км. Извергнув колоссальное количество раскаленного пепла и пемзы, вулкан опустошил свое нутро и огромный вулканический конус, не выдержав собственного веса, вместе с опустевшими городами и дорогами на его склонах, рухнул. В образовавшуюся гигантскую пропасть хлынули морские воды. Образовалась гигантская волна цунами, которая смыла почти все прибрежные города и селения. Эгейская цивилизация прекратила свое существование.
Гора Санторин исчезла. Огромную овальную пропасть — кальдеру вулкана заполнили воды Эгейского моря, что хорошо видно на космическом снимке.

Около 27 тыс. лет назад на Северном острове Новой Зеландии произошло извержение «Оруануи» вулкана Таупо (сильнейшее за последние 70 тыс. лет) силой 8 баллов. Объём выбросов составил порядка 1100 км3 пепла, не считая 530 км3 магмы. Это 30 млрд тонн породы. Тефра, извергнутая вулканом, покрыла боольшую часть центральных районов Северного острова слоем, глубина которого местами достигала 200 метров. Вулканический пепел же 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.

69–77 тыс. лет назад произошло извержение вулкана Тоба (о. Суматра, Индонезия). Мощность извержения Тоба на порядок превзошла мощность самого грандиозного извержения исторического периода, вулкана Тамбора в 1815, которое в своё время вызвало временное глобальное похолодание, т. н. «Год без лета». Последствия извержения Тоба были намного значительнее. В результате на Земле в течение 6–10 лет шли сернистые дожди, была вулканическая зима. Это же послужило причиной последующего 1000-летнего похолодания. По мнению ученых, численность предков человека сократилась тогда до 2-10 тысяч (эффект бутылочного горлышка).

Эффект бутылочного горлышка — сокращение генофонда (т.е. генетического разнообразия) популяции вследствие прохождения периода, во время которого по различным причинам происходит критическое уменьшение её численности, в дальнейшем восстановленное.

Многочисленные генетические данные для ряда современных видов живых существ (люди, гепарды, тигры, борнейские орангутаны, восточно-африканские шимпанзе, центрально-индийские макаки) указывают, что эти виды претерпели резкое падение генетического разнообразия, то есть их популяции пережили катастрофическое сокращение в период 70 000 — 55 000 лет назад, что соотносится со временем извержения вулкана Тоба.

Извержение Йеллоустонского вулкана около 600 тыс. лет назад имело силу 8 баллов. 2450 км3 пепла было выброшено в атмосферу.

Источник