Симфония № 6. Углерод и эволюция почти всего

Сегодня Земля может похвастаться более чем 2000 вулканов, львиная доля которых классифицируется как спящие: это значит, что они время от времени выбрасывали лаву и пепел в течение минувших нескольких тысячелетий, но маловероятно, что снова взорвутся в ближайшее время. Нас больше заботят те 500 или около того действующих вулканов, которые извергаются регулярно: в некоторых случаях это ежедневные залпы пепла и пара, в других — страшные взрывные события раз в сотню-две лет. Они действительно опасны, но человеческая память коротка. Иначе зачем десяткам тысяч людей жить неподалеку от Неаполя в домах, выстроенных по склонам Везувия, — вулкана, который похоронил Помпеи под своим смертоносным пеплом 2000 лет назад? Зачем возводить жилые кварталы прямо по бокам вулкана Килауэа на крупнейшем острове Гавайев, где неумолимые потоки лавы регулярно ровняют с землей шикарные дома — последний раз это произошло весной и летом 2018 г.?

Еще страшнее взрывные извержения ядовитых газов и пепла — пирокластические потоки, которые могут хлынуть вниз по вулканическим склонам со скоростью, близкой к сверхзвуковой. Множество населенных пунктов и мест скопления людей — от жилых домов на Карибских островах и Филиппинах до международного аэропорта Сиэтл/Такома в штате Вашингтон — лежат прямо на пути хорошо описанных пирокластических потоков. Сотни миллионов людей по всему миру живут в смертельно опасных зонах действующих вулканов. Еще несколько сотен миллионов подвергаются более удаленной опасности в виде вулканических газов и пепла, которые влияют на качество воздуха и периодически прерывают авиасообщение.

С учетом столь угрожающих катастроф кажется вполне разумным присматривать за теми вулканами, которые имеют наибольший разрушительный потенциал. Поскольку очень многие из них подают признаки того, что вот-вот извергнутся, за самыми опасными постоянно наблюдают государственные службы и специализированные лаборатории. В набор типичных измерительных устройств входят сейсмологические приборы, распознающие подповерхностные движения магмы, которые предшествуют любому извержению; инклинометры, которые улавливают подъем кровли приповерхностных магматических камер в момент заполнения их расплавом; наконец, температурные датчики, которые регистрируют увеличение теплового потока, когда лава поднимается из глубин.

Вулканы изменяют окружающую среду и другими способами — обеспечивая нас при этом сигналами, которые, возможно, возвещают об извержениях. Одной из таких ключевых подсказок могут быть вулканические газы. Ученые из проекта DECADE обнаружили, что перед многими извержениями в этих газах резко возрастает отношение вулканического CO₂ к сере. Это открытие еще раз подчеркивает взаимосвязанность научных исследований: ученые хотели отследить выделение углекислого газа из вулканов, чтобы понять нечто фундаментальное об углеродном цикле Земли — процессе, который сформировал изначальную земную атмосферу и продолжает формировать ее сегодня, — а в итоге в ходе своих исследований нашли простой и действенный подход к предсказанию вулканических извержений.

Алмазные подсказки {112}

Алмазы, как редкие большие, так и маленькие, представляют наименьшую долю того углерода, который поднимается из глубин в процессе вулканических извержений. Однако, поскольку они такие упрямые и непроницаемые, растут в скрытой мантии Земли, а затем выносят признаки условий своего роста на поверхность, истории алмазов о глубинном углеродном цикле уникальны — и им придется рассказать нам эти истории.

Алмазы хранят в себе два убедительных признака циркулирования шестого элемента: газово-жидкие включения и изотопы. Мы уже говорили о включениях крошечных зеленых, красных и черных минералов в алмазах, но не все включения кристаллические. Мельчайшие запечатанные капли богатых водой и углеродом жидкостей раскрывают природу флюидов, струящихся вниз с поверхности Земли и претерпевающих сложные реакции на глубине. Недавно обнаруженные такие включения подтверждают удивительные теоретические и практические открытия, свидетельствующие о том, что на мантийных глубинах образуются богатые углеродом флюиды новых типов. Причем подобно тому, как не смешиваются между собой нефть и вода, в одном включении могут сосуществовать два очень разных флюида. В алмазах присутствует недвусмысленное доказательство того, что некоторые похожие на нефть углеводороды образуются на глубинах в сотни километров, за пределами царства живых клеток.