Невидим вулкан в Япония започна да плаши учените

Калдерата Кикай край бреговете на Япония, мястото на най-мощното изригване в съвременната епоха, отново натрупва магма. И това не са останки от старо топене, а съвсем нова порция, идваща от дълбините. Екип от японски геофизици за пръв път картографира подробно подземния резервоар и предложи модел, който обяснява как се „зареждат“ най-опасните вулкани в света – включително Йелоустоун и Тоба.

Какво се е случило преди 7300 години в калдерата Кикай

Преди около 7300 години подводен вулкан край японския остров Кюшу е предизвикал така нареченото от вулканолозите изригване Кикай-Акахия. Това е едно от най-големите изригвания през холоцена, настоящата геоложка епоха, което получава индекс на вулканичната експлозивност (VEI) от 7, което го поставя наравно с изригванията на Санторин, Кратерното езеро и Тамбора.

За да представим мащаба в перспектива: вулканът е изхвърлил около 160 кубични километра скали в еквивалент на плътност – 32 пъти повече от изригването на Пинатубо през 1991 г. Пирокластичните потоци са обхванали площ до 150 км от епицентъра, а пепелта е паднала над голяма част от Япония и южната част на Корейския полуостров. След тази експлозия земята се провисва и се образува огромна вдлъбнатина – калдера с размери около 20 на 17 км, голяма част от която е под вода.

Изригването засяга сериозно културата Земон – ловци-събирачи, които по онова време населяват японските острови. Пирокластичните потоци унищожават горите, покриват реките с пепел, а някои острови, като Танегашима, остават необитаеми в продължение на векове, тъй като екосистемата се възстановява изключително бавно.

С какво вулканичните калдери са по-опасни от обикновените вулкани

Калдерата не е просто планина с кратер. Тя е гигантска фуния, която се образува, когато вулканът изхвърли толкова много магма, че земната повърхност буквално попада вътре в изпразнената камера. Най-известните примери за такива структури са Йелоустоун в САЩ, Тоба в Индонезия и калдерата Кикай в Япония.

Учените са се научили да проследяват повече или по-малко обикновените вулкани: малки земетресения, набъбване на повърхността, промени в газовете – всичко това са сигнали за предстоящо изригване. Калдерите са по-сложни: обемите на магмата са огромни, времевите мащаби се измерват в хилядолетия, а вътрешният „водопровод“ е сложен. Въпреки че на науката е известно, че такива системи могат да изригват многократно, процесите, които водят до нова експлозия, все още са слабо проучени.

Ето защо откритието на японските учени е толкова важно – за първи път то ни позволява да видим какво се случва във вътрешността на калдерната система хиляди години след супер изригването.

По какъв начин учените надникнаха в подводния вулкан

Парадоксално, но фактът, че калдерата Кикай е под водата, се оказва по-скоро предимство, отколкото пречка. Както обяснява геофизикът от Университета в Кобе Сеама Нобуказу, подводното местоположение позволява провеждането на систематични широкомащабни изследвания.

Екипът, в сътрудничество с Японската агенция за морски науки и технологии (JAMSTEC), е разположил 39 сеизмометъра на океанското дъно и е използвал въздушни оръдия по протежение на 175-километров профил. Принципът на работа е подобен на медицинския ултразвук, само че в мащаба на земната кора: въздушните оръдия създават звукови импулси, а сеизмометрите на дъното „слушат“ как тези вълни преминават през скалите. Там, където има разтопена магма, вълните се забавят – и това забавяне може да бъде точно измерено.

Резултатите показаха аномалия с ниска скорост точно под калдерата на дълбочина от 2,5 до 6 километра – това е резервоарът на магмата. Формата му в двуизмерно напречно сечение наподобява трапец, а ширината му е не по-малка от ширината на вътрешната калдера. Делът на стопилката в резервоара се оценява на 3-6%, но може да достигне 10%.

Защо магмата в калдерата Кикай се оказа „прясна“

Най-интригуващият резултат от изследването: магмата в резервоара не е остатък от древно изригване, а нова стопилка, идваща от дълбоките недра на Земята.

Как учените са установили това? Използвали са два аргумента. Първо, през последните 3900 години в центъра на калдерата се е образувал нов лавов купол – видим знак за продължаваща вулканична дейност. Второ, химическите анализи показват, че съставът на материалите в този купол е различен от този, който е бил изхвърлен при изригването преди 7300 години.

Ако магмата е била стара, химическият ѝ състав би съответствал на древните проби. Но той е различен – което означава, че резервоарът се попълва отдолу. Това означава, че гигантските калдерни резервоари не изчезват след суперизригване. Структурата се запазва като дълготрайна „зона за съхранение“ на магма, дори ако съдържанието ѝ се обновява напълно с течение на времето.

Представете си басейн, който някога е бил напълно пресушен. Хиляди години по-късно в него отново започва да се влива вода – но от друг източник. Басейнът е същият, но водата е нова. Приблизително така се държи магменият резервоар в Кикай.

Какво означава натрупването на магма за прогнозиране на изригванията

Въз основа на данните от Кикай учените предложиха универсален модел на „повторно вливане на магма“ – той описва как се попълват резервоарите на калдерите след големи изригвания. Наличието на големи плитки резервоари от магма под други известни калдери – Йелоустоун и Тоба, предполага, че те може да преминават през подобен цикъл на изпразване и попълване.

Важно: Това проучване не означава, че изригването на Кикай е неизбежно. Но то дава на учените много по-ясна представа за това как тези огромни магмени системи се възстановяват в продължение на хилядолетия. Времевите мащаби тук се измерват в хиляди години и стойността на работата не е в непосредствената тревога, а в подобряването на дългосрочната прогнозна физика.

Като се има предвид, че регионът около Кикай сега е гъсто населен, разбирането на механизма на „презареждане“ на супервулканите не е въпрос на абстрактно любопитство, а на практическа безопасност. Дори относително скромно изригване в такъв район може да бъде много по-разрушително от катастрофата преди 7300 години, просто защото наоколо има много повече хора.