Лавовое озеро антарктического вулкана существует благодаря углекислоте из мантии

Антарктида и ее окрестности богаты на всякого рода чудеса и загадки, многие из которых ученым только предстоит разгадать. Это и ледяной щит толщиной в несколько километров, который медленно течет и порождает плавучие льды, и подледные пресные озера, и палеонтологические свидетельства древней жизни на континенте. Еще в Антарктиде есть Эребус — действующий вулкан высотой 3794 метра. Точнее, он расположен на небольшом острове Росса, рядом с побережьем ледяного континента, вместе в несколькими потухшими вулканами. Эребус активен очень давно и постоянно выделяет различные газы.

Необычный вулкан посреди ледников — интересный объект для геологов, и не только. Изучая Эребус, можно многое узнать о вулканизме в целом и даже об эволюции континентов. Теперь совместные усилия ученых из Университета Юты (США) и Университета Кентербери (Новая Зеландия) помогли выяснить, почему магма под Эребусом не остается на глубине, а изливается на поверхность (становясь при этом уже лавой) и образует стабильное озеро.

«Гора Эребус представляет собой пример рифтового вулкана, в магме которого преобладает растворенный углекислый газ, это хорошее дополнение к подробно изученным вулканам островных дуг Тихоокеанского огненного кольца и других областей, так как в тех преобладает водяной пар», — рассказал один из авторов новой статьи в Nature Communications Грэм Хилл (Graham Hill).

Геологи убеждены, что понимание процессов, происходящих внутри вулканов обоих типов — как богатых углекислым газом, так и насыщенных водяным паром — необходимо для оценки баланса этих летучих газов на Земле. На газообмен мантии с поверхностью планеты влияют как внедрение материала земной коры вглубь, так и возвращение вещества наружу.

Итак, Эребус, единственный действующий вулкан Антарктики, к тому же относится к особым «углекислотным» вулканам. Но это еще не самое удивительное: в его кратере постоянно находится озеро из лавы диаметром 250 метров. Стабильные лавовые озера — редкое явление: они характерны лишь для нескольких из более чем 1300 земных вулканов. Авторам новой статьи удалось обнаружить связь между двумя этими особенностями Эребуса. Оказывается, его лавовое озеро поддерживается именно потоками углекислого газа в магме.

Визуализация области под Эребусом, выполненная с помощью магнитотеллурического зондирования / © Phil Wannamaker

Магма — это смесь расплава и кристаллов, способная к перемещению в земной коре. Поднимающаяся магма может выходить на поверхность, однако это удается ей не всегда. Дело в том, что огромное давление литосферы по мере приближения к поверхности резко падает, из-за чего из магмы высвобождается вода. Остатки магмы останавливаются, так и не показавшись в жерле какого-нибудь вулкана — как правило, на глубине около пяти километров.

Изучать происходящее в глубоких частях земной коры и в мантии напрямую очень трудно. Раздобыть образцы с такой глубины — вовсе нереальная задача. В таких случаях на помощь ученым приходят геофизические методы. Они напоминают компьютерную томографию, которая позволяет заглянуть внутрь человека, не причинив ему вреда. Среди геофизических методов особенно популярны сейсмические — в этом случае о свойстве пород судят по пропусканию или отражению ими сейсмической волны. Их используют, в частности, при разведке нефти и газа.

Однако в окрестностях Эребуса мало естественных источников сейсмической активности, так что сейсмоакустика работает плохо. Поэтому ученые обратились к другому методу геофизики — магнитотеллурическому зондированию. В его основе — детектирование естественного электромагнитного излучения, которое создают Солнце и разряды молний. Большинство этих электромагнитных волн распространяются только в воздухе, но некоторые все же проникают внутрь Земли, взаимодействуют с горными породами и возвращаются к поверхности, где их поджидают геологи, вооруженные особыми магнетометрами.

Скорость электромагнитных волн меняется при прохождении пород и минералов с различными свойствами — это определяет их электропроводность. Проведенное на разных точках острова Росса магнитотеллурическое зондирование позволило ученым точно реконструировать происходящее под вулканом вплоть до глубины 100 километров. Магнетотеллурическое зондирование показывает круто уходящий в мантию подводящий канал с высокой электропроводностью, меняющий наклон на более пологий в нижней части коры перед тем как достичь неглубоких магматических камер и лавового озера. «Мы интерпретируем это изгиб вбок как своеобразный «защитный клапан», который контролирует проходящие потоки магмы и углекислого газа, пополняющие и подогревающие расположенную выше фонолитовую (фонолит — горная порода, из которой образовано лавовое озеро. — Прим. ред.) камеру, где находится магма», — пишут авторы работы.

Ученые подчеркивают, что исследование этих потоков «газированной магмы» может пролить свет на устройство нашей планеты в целом. «Если мы знаем, как устроен перенос в таких богатых углекислым газом вулканах и что им управляет, то можем судить о масштабах и объемах транспорта летучих, легко испаряющихся газов на все Земле», — подытожил Фил Уонамейкер (Phil Wannamaker).