Ископаемые извержения

Когда 20 марта 2010 года исландский вулкан Эйяфьядлаекюдль проснулся после 200-летнего сна и парализовал на несколько недель авиасообщение в Европе и над Атлантикой, это серьезно изменило взгляды людей на извержения вулканов и возможное влияние этих процессов на будни обитателей сейсмически и вулканически неактивных территорий. Вулкан напомнил людям о том, что они не только не властны над силами природы, но и далеки от понимания и предсказания последствий их «работы».

Однако если для человечества 200 лет – весьма серьезный срок, то для жизни вулкана между одним и другим пробуждением проходит всего лишь ночь. Естественно, в истории земных вулканов таких дней и ночей было не две, не десять и даже не тысяча.

Можно ли использовать предыдущий опыт геологической истории Земли для изучения динамики и последствий текущих вулканических процессов?

Обширные извержения древних вулканов значительно изменяли атмосферу Земли, а история этих изменений может быть прочитана по «летописям» горных пород, говорится в работе, опубликованной в Nature.

Профессор Хуимин Бао из университета Луизианы и его коллеги изучили извержения вулканов Северной Америки времен раннего кайнозоя (от 65,5 млн лет назад).

«Извержения вулканов прошлого оказывали значительное влияние на окружающую среду. Даже на памяти людей сохранились эти события – вспомните извержение филиппинского вулкана Пинатубо в 1991 году и крупнейшее извержение Лаки (Исландия) в 1783–1784 годах. Оба извержения сопровождались серьезным выбросом аэрозолей в атмосферу и понижением средней температуры на всей планете. Физический аспект – выбросы столбов золы – весьма краткосрочен, а вот химические последствия выброса газов в атмосферу оказывают длительные эффекты на глобальный климат», – объясняет автор работы.

Среди таких химических последствий – выброс вулканического сернистого газа (SO₂), его окисление до сульфатов (SO₄^2-) и осаждение сульфатных аэрозолей. Американские ученые создали компьютерные модели, основанные на геологических данных, которые описывают химию окисления сернистого газа в атмосфере высокогорных равнин за длительный период до того, как деятельность человека начала воздействовать на качество воздуха.

За основу была взята модель современной динамики сернистых соединений в атмосфере. Состав древней атмосферы определялся по изотопному составу сернистых отложений в древних скалах. Модель модифицировалась таким образом, чтобы описываемые ею условия атмосферы совпадали с данными, полученными из изотопного анализа.

Исследователи выяснили, что слои вулканического пепла очень богаты сульфатами – продуктами окисления атмосферных сернистых газов.

Кроме того, эти сульфаты имеют уникальные изотопные «отпечатки пальцев», которые показывают, как шло их формирование в атмосфере, по какому пути шло окисление.

Моделирование этих атмосферных условий для объяснения геологических данных показало, что в моменты формирования сульфатных слоев пепла кислотность (рН) «растворов» в облаках очень сильно отличалась от современного уровня.

Было показано, что самый важный и сильнее всего действующий на атмосферу газ – диоксид серы – в атмосфере действительно окисляется до твердых сульфатов, которые еще долго не осаждаются и присутствуют в воздухе в виде коллоидных систем – аэрозолей. Если аэрозоль становится достаточно плотным, он осаждается в скальных породах как «зеркало» древней атмосферы.

«Во время извержений вулканов отложения аэрозолей были столь интенсивными, что содержание сульфатов на поверхности и в небольших водоемах достигло критического – и началось образование гипсов (кристаллогидратов сульфата кальция)», – объяснил Бао.

Самое «молодое» из таких событий – извержение вулкана Лаки, вызвавшее падеж скота в Исландии, болезни легких у людей в Европе и аномально холодные зимы на всей планете.

Геологические данные свидетельствуют, что древние извержения были еще мощнее, интенсивнее и выбрасывали в атмосферу еще больше сернистых соединений.

Однако давность столь катастрофических событий не означает, что они не могут повториться в наши дни.

«Важно отметить, что извержения вулканов, которые пережило человечество за последние несколько тысяч лет, совершенно незначительны в сравнении с некоторыми событиями давностью 40 млн лет в Северной Америке – и по интенсивности, и по количеству выбросов SO₂. В те времена сульфатные аэрозоли формировались гораздо интенсивнее, а удар, который они наносили атмосфере, мог быть поистине гигантским», – резюмировал Бао.