Супервулканы. Неожиданная правда о самых загадочных геологических образованиях Вселенной

Лэкстон и ее команда – лишь некоторые из исследователей, активно изучающих Ол-Доиньо-Ленгаи. Провести успешные полевые работы на вулкане настолько сложно, что любые сведения имеют огромное значение. Соберите достаточно данных. И вы сможете разгадать крошечный кусочек головоломки. И за последние несколько десятилетий накопилось достаточно информации, чтобы на один из главных вопросов о вулкане – а именно почему он производит лаву, которая представляет собой расплавленный эквивалент известковой накипи, – появился ответ.

Лава – это просто магма, которая вышла на поверхность, а ингредиенты для этой магмы и газы, заключенные в ней, поступают из какого-то источника. Если вы найдете этот источник, то узнаете, что привело к образованию вулкана. Так что возьмите немного лавы и ее газов, и вы сможете решить головоломку.

Карим Мтили работает над магистерской диссертацией в Университете Дар-эс-Салама. Сказать, что он знает свое дело – значит ничего не сказать: университет предложил ему постоянную должность преподавателя, когда он еще не закончил обучение. Он увлечен поиском гелия в этом регионе. Гелий относится к категории инертных газов – затворников, которые настолько апатичны с химической точки зрения, что редко вступают в реакцию с другими веществами. Это, по словам Мтили, означает, что гелий может выходить из-под земли на глубине сотен километров и достигать поверхности в том же виде, в каком он был в начале своего пути.

Существует два атомарно стабильных вида гелия: гелий-3 и гелий-4, причем последний немного тяжелее благодаря дополнительному нейтрону в ядре. Гелий-3 – это так называемый первозданный гелий. Он был заперт внутри Земли во время формирования планеты миллиарды лет назад и сейчас хранится в мантии под земной корой. Гелий-4 – новичок, побочный продукт радиоактивного распада урана и тория в земной коре. Вулканические процессы время от времени выделяют газ гелий при подъеме магматического бульона. Если из бульона выделяется больше гелия-3, это означает, что магма вышла из мантии. Большее количество гелия-4 говорит о том, что значительная часть процесса ее приготовления происходила в земной коре.

Гелий – это всего лишь один из газов, с помощью которых можно отследить источник вулканического топлива. Во время своей поездки в 2005 году Фишеру удалось собрать множество отличных образцов различных вулканических газов. Он сумел показать, что значительная часть углерода в составе магмы Ол-Доиньо-Ленгаи происходит из мантии. Другими словами, черная лава берет свое начало не на поверхности, а глубоко под землей.

Спустя еще одно десятилетие работы, которую на основе первых исследований провел в этом регионе Фишер и его коллеги, в 2020 году они разработали модель [10], которая объясняет принципы жизнедеятельности этого вулкана.

Литосфера – сэндвич из коры и верхней мантии, составляющий кожу нашей планеты, – не везде одинакова. Ол-Доиньо-Ленгаи и целый ряд мертвых карбонатитовых вулканов занимают пограничную территорию. На востоке находится более молодая и тонкая литосфера. На западе – большой кусок искореженных континентальных пород, глыба возрастом 3 миллиарда лет или больше, названная Танзанийским кратоном. За свою долгую историю мантийные плюмы много раз поднимались из Тартара, щекоча подбрюшье кратона и снабжая его большим количеством твердого углерода. Кстати, именно из этого углерода, вероятно, и происходят алмазы. Они не сделаны из спрессованного угля в земной коре – это миф. Алмазы образовались в мантии и были выброшены на поверхность вулканическими трубами давным-давно со скоростью от 160 до 2000 километров в час.

Танзанийский кратон настолько толстый, что его фундамент, богатый углеродом, залегает очень глубоко в мантии. Этот углерод находится под таким давлением, что, как ни старайся, он не может расплавиться. Но он с удовольствием скользит вверх вдоль границы между кратоном и более тонкой литосферой на востоке. По мере того как это углеродное соединение поднимается к верхней мантии, оно декомпрессируется и начинает плавиться. Эти расплавы без труда пробивают тонкую литосферу, а затем устремляются вверх к коре, где некоторое время накапливаются и варятся.

Теперь у вас есть расплавы, богатые углеродом, и расплавы, богатые кремнеземом. Они не уживаются друг с другом. «Это как масло и вода, – рассказывает Лю, – они держатся раздельно. То же самое происходит и в магме. Если она перенасыщена каким-то компонентом, например углеродом и карбонатами, то с точки зрения термодинамики ей проще разделиться на две жидкости». В критический момент расплав, богатый кремнеземом, велит расплаву, богатому углеродом, убираться восвояси, и тот уходит, превращаясь в карбонатитовую магму. Она менее плотная, чем расплав, богатый кремнеземом, и сидит на нем сверху, словно крышка.