Гавайский Мауна-Лоа, крупнейший в мире действующий вулкан, извергает фонтаны светящихся скал и извергает лаву из трещин во время своего первого извержения почти за четыре десятилетия, которое началось 27 ноября 2022 года.
Откуда взялся этот расплавленный камень?
Мы попросили объяснить Габи Ласке, геофизика из Калифорнийского университета в Сан-Диего, который руководил одним из первых проектов по картированию глубинных каналов, питающих вулканы Гавайских островов.
Откуда берется магма в Мауна-Лоа?
Магма, которая выходит из Мауна-Лоа, происходит из серии магматических камер, обнаруженных на глубине от 1 до 25 миль (от 2 до 40 километров) под поверхностью. Эти магматические камеры являются лишь временными хранилищами магмы и газов, а не теми местами, откуда магма исходила.
Происхождение находится намного глубже в мантии Земли, возможно, на глубине более 620 миль (1000 километров). Некоторые ученые даже предполагают, что магма исходит с глубины 1 800 миль (2 900 километров), где мантия соприкасается с ядром Земли.
Земная кора состоит из тектонических плит, которые медленно движутся примерно с той же скоростью, что и ноготь. Вулканы обычно возникают там, где эти плиты либо удаляются друг от друга, либо там, где одна подталкивает другую. Но вулканы также могут находиться в середине плит, как вулканы Гавайев находятся на Тихоокеанской плите.
Кора и мантия, из которых состоит Тихоокеанская плита, растрескиваются в разных местах по мере ее движения на северо-запад. Под Гавайями магма может двигаться вверх через трещины, питая различные вулканы на поверхности. То же самое происходит в вулкане Халеакала на Мауи, который в последний раз извергался около 250 лет назад.
Как расплавленный камень перемещается из мантии Земли и что такое мантийный плюм?
Ученые предполагают, что мантия не состоит из однородной породы. Вместо этого различия в типе породы мантии заставляют ее плавиться при разных температурах. Порода мантии в одних местах твердая, а в других начинает таять.
Частично расплавленная порода становится плавучей и всплывает на поверхность. Восходящая порода мантии создает мантийный шлейф. Поскольку вышележащее давление уменьшается по мере подъема породы, она все больше и больше плавится и в конечном итоге собирается в магматическом очаге. Если на поверхности существует достаточно большое отверстие и в магматическом очаге скопилось достаточное количество вулканических газов, магма выбрасывается на поверхность при извержении вулкана.
Сейсмические изображения, полученные исследовательскими группами, в которых я участвую, показали, что мантийный шлейф Гавайев исходит из глубины мантии.
Но шлейф - это не прямая труба, как предполагают некоторые концептуальные фигуры. Вместо этого он имеет изгибы и повороты, первоначально идущие с юго-востока, но затем поворачивающие к западу от Гавайев, когда шлейф проникает в более мелкую мантию. Трещины в Тихоокеанской плите затем направляют магму вверх к магматическому очагу под островом Гавайи.
Почему на Гавайях происходят менее драматические извержения, чем в других местах?
Гавайи находятся посреди океанической плиты. На самом деле, это самая изолированная вулканическая горячая точка на Земле, расположенная далеко от границ плит.
Океаническая магма сильно отличается от континентальной магмы. Он имеет другой химический состав и гораздо легче течет. Таким образом, магма менее склонна забивать вулканические жерла при подъеме - эти засоры в конечном итоге приводят к более взрывному вулканизму.
Откуда ученые знают, что происходит под землей?
Вулканическая активность отслеживается с помощью множества различных инструментов.
Возможно, проще всего понять GPS. То, как ученые используют GPS, отличается от того, как это делается в повседневной жизни. Он может обнаруживать незначительные движения в несколько сантиметров. На вулканах любое восходящее движение на поверхности, обнаруженное GPS, указывает на то, что что-то толкает снизу.
Еще более чувствительными являются наклономеры, которые по сути аналогичны пузырьковым уровням, которые люди используют, чтобы вешать картины на стену. Любое изменение наклона склона вулкана указывает на то, что вулкан «дышит», опять же из-за движения магмы внизу.
Очень важным инструментом является наблюдение за сейсмической активностью.
Вулканы, подобные гавайскому, отслеживаются с помощью большой сети сейсмографов. Любое движение магмы внизу вызовет толчки, которые уловят сейсмометры. За несколько недель до извержения Мауна-Лоа ученые заметили, что толчки исходили из все более мелких глубин, что указывало на то, что магма поднимается и извержение может быть неизбежным. Это позволило ученым предупредить общественность.
Другие способы наблюдения за вулканической активностью включают химический анализ газов, выходящих через фумаролы - отверстия или трещины, через которые выходят вулканические газы. Если состав меняется или активность увеличивается, это довольно явный признак того, что вулкан меняется.
Габи Ласки - профессор геофизики в Институте геофизики и физики планет, где ее исследования включают эволюцию и сейсмические изображения гавайского мантийного плюма. Ласке получает финансирование от Национального научного фонда.