Большие проблемы от обыденных вещей

Джил­ли­ан Роуз Фоул­джер (Gillian R. Foulger) – про­фес­сор Уни­вер­си­те­та Даре­ма (University of Durham, Вели­ко­бри­та­ния), автор более 100 ста­тей в рецен­зи­ру­е­мых жур­на­лах и одной кни­ги. В нача­ле сво­ей карье­ры семь лет жила и рабо­та­ла в Ислан­дии, изу­чая актив­ные вул­ка­ны и их гео­тер­маль­ный потен­ци­ал. Затем зани­ма­лась изу­че­ни­ем про­цес­са коро­вых дефор­ма­ций, одной из пер­вых при­ме­нив GPS в таких иссле­до­ва­ни­ях, а так­же изу­ча­ла гео­тер­маль­ные зем­ле­тря­се­ния и про­во­ди­ла теле­сей­сми­че­скую томо­гра­фию. Она ини­ци­и­ро­ва­ла меж­ду­на­род­ную дис­кус­сию о том, суще­ству­ют ли глу­бин­ные ман­тий­ные плю­мы и какие могут быть аль­тер­на­тив­ные объ­яс­не­ния для рай­о­нов ано­маль­но­го вул­ка­низ­ма (www.mantleplumes.org). За это в 2005 г. была награж­де­на меда­лью Прай­са (Price Medal) Коро­лев­ско­го аст­ро­но­ми­че­ско­го обще­ства Англии (Royal Astronomical Society). Допол­ни­тель­ная инфор­ма­ция доступ­на на сай­те авто­ра www.dur.ac.uk/g.rfoulger.

На севе­ре Атлан­ти­ки фраг­мент 2000-кило­мет­ро­во­го Сре­дин­но-Атлан­ти­че­ско­го хреб­та про­хо­дит сквозь огром­ный топо­гра­фи­че­ский свод, кото­рый воз­вы­ша­ет­ся над оке­а­ни­че­ским дном на 5 км (рис. 1). Этот свод столь обши­рен, что его вер­ши­на под­ни­ма­ет­ся над поверх­но­стью оке­а­на, фор­ми­руя Исланд­ский ост­ров, име­ю­щий про­тя­жен­ность поряд­ка 350 км с юга на север. Более 20 спре­дин­го­вых цен­тров и 35 актив­ных вул­ка­нов нахо­дят­ся выше уров­ня моря в этом уни­каль­ном месте, что удоб­но для уче­ных, но вре­мя от вре­ме­ни при­чи­ня­ет неудоб­ство мест­ным жите­лям, вынуж­ден­ным мирить­ся с эффек­том частых вул­ка­ни­че­ских извер­же­ний.

Рис. 1. Над­вод­ный и под­вод­ный рельеф в рай­оне Ислан­дии. IFR – Исланд­ско-Фарер­ский хре­бет. Кар­та по (13). Врез­ка пока­зы­ва­ет про­филь вдоль Сре­дин­но-Атлан­ти­че­ско­го хреб­та. Ислан­дия не явля­ет­ся изо­ли­ро­ван­ной воз­вы­шен­но­стью, а сидит навер­ху широ­кой топо­гра­фи­че­ской ано­ма­лии, кото­рая, имея ~3 тыс. км в попе­реч­ни­ке, зани­ма­ет суще­ствен­ную часть Север­ной Атлан­ти­ки (14)

Кора здесь раз­дви­га­ет­ся со ско­ро­стью 2 см/​год. Ислан­дия ста­но­вит­ся шире вдоль хреб­та, но одно­вре­мен­но эро­зия съе­да­ет ее бере­га. Сум­мар­ный эффект этих двух про­ти­во­бор­ству­ю­щих про­цес­сов при­вел к фор­ми­ро­ва­нию ост­ро­ва шири­ной в 450 км с запа­да на восток. Одна­ко уди­ви­тель­ным обра­зом самые древ­ние поро­ды, обна­жа­ю­щи­е­ся вдоль побе­ре­жья Ислан­дии, име­ют воз­раст 17 млн лет. За этот пери­од вре­ме­ни мог­ло обра­зо­вать­ся толь­ко 340 км коры в резуль­та­те раз­дви­же­ния оке­а­ни­че­ско­го дна. Избы­точ­ные 110 км коры долж­ны иметь более древ­ний воз­раст и быть погре­бе­ны моло­ды­ми лаво­вы­ми пото­ка­ми [1]. Эта неожи­дан­ная чер­та оста­ет­ся до сих пор не объ­яс­нен­ной. Она явля­ет­ся одной из мно­гих зага­док Ислан­дии, до сих пор суще­ству­ю­щих, несмот­ря на деся­ти­ле­тия интен­сив­но­го изу­че­ния ост­ро­ва.

Гра­ни­ца раз­дви­га­ю­щих­ся плит не про­хо­дит сквозь Ислан­дию про­стой пря­мой лини­ей (рис. 2). Оке­а­ни­че­ский хре­бет выхо­дит на берег на юго-запа­де под боль­шим углом к оси рас­тя­же­ния в виде мно­же­ства спре­дин­го­вых сег­мен­тов (участ­ков, где про­ис­хо­дит раз­дви­же­ние коры. – Ред.), фор­ми­ру­ю­щих полу­ост­ров Рейкья­нес, про­тя­нув­ший­ся на 80 км с запа­да на восток. На его восточ­ном окон­ча­нии гра­ни­ца плит пово­ра­чи­ва­ет на 80° и про­дол­жа­ет­ся далее на север в виде Запад­ной вул­ка­ни­че­ской зоны. При­мер­но в 100 км от нее на восток рас­по­ло­жен еще один парал­лель­ный фраг­мент хреб­та, назы­ва­е­мый Восточ­ной вул­ка­ни­че­ской зоной. Раз­дви­же­ние коры про­ис­хо­дит вдоль этих двух хреб­тов.

Рис. 2. Кар­та попе­реч­ных исланд­ских хреб­тов с бати­мет­ри­че­ски­ми кон­ту­ра­ми и тек­то­ни­че­ски­ми осо­бен­но­стя­ми Ислан­дии. Пока­за­ны совре­мен­ные вул­ка­ни­че­ские зоны. Спре­дин­го­вые сег­мен­ты (вул­ка­ни­че­ские систе­мы) пока­за­ны тем­но-серым цве­том, а лед­ни­ки закра­ше­ны белым. RP – полу­ост­ров Рейкья­нес, WVZ – Запад­ная вул­ка­ни­че­ская зона, EVZ – Восточ­ная вул­ка­ни­че­ская зона, SP – полу­ост­ров Сна­е­фелл­снес, NVZ – Север­ная вул­ка­ни­че­ская зона, MVZ – Сре­дин­ная вул­ка­ни­че­ская зона, TFZ – зона раз­ры­вов Тьор­нес

В самом цен­тре Ислан­дия раз­де­ле­на на север и юг суб­ши­рот­ной зоной актив­но­го вул­ка­низ­ма, кото­рая про­тя­ги­ва­ет­ся от запад­но­го окон­ча­ния ост­ро­ва – полу­ост­ро­ва Сна­е­фелл­снес – прак­ти­че­ски сквозь всю Ислан­дию. На севе­ре актив­ной явля­ет­ся толь­ко одна поло­са гра­ни­цы плит, назы­ва­е­мой здесь Север­ной вул­ка­ни­че­ской зоной. Ее близ­нец на запа­де недав­но пре­кра­тил свое суще­ство­ва­ние. Каж­дая вул­ка­ни­че­ская зона Ислан­дии обра­зо­ва­на мно­же­ством более мел­ких под­раз­де­ле­ний, каж­дое из кото­рых обыч­но пред­став­ля­ет собой вул­кан цен­траль­но­го типа, рас­се­чен­ный роя­ми тре­щин. Каж­дый вул­кан извер­га­ет­ся через десят­ки или сот­ни лет, и мно­гие из них содер­жат в себе эко­но­ми­че­ски рен­та­бель­ные гид­ро­тер­маль­ные ресур­сы. Дви­га­ясь на север, спре­дин­го­вый хре­бет соеди­ня­ет­ся с под­вод­ным хреб­том Коль­бейн­сей посред­ством слож­ной зоны раз­ры­вов Тьор­нес. Сама Ислан­дия лежит в  месте, где направ­ле­ние спре­дин-говой гра­ни­цы плит изме­ня­ет­ся от 50° СВ в пре­де­лах хреб­та Рейкья-нес южнее Ислан­дии до 20° СВ в пре­де­лах хреб­та Коль­бейн­сей север­нее Ислан­дии. Еще одна нераз­ре­шен­ная загад­ка.

Таким обра­зом, вул­ка­низм и тек­то­ни­ка в Ислан­дии обра­зу­ют чрез­вы­чай­но слож­ный узор, серьез­но отли­ча­ю­щий­ся от про­стой кар­ти­ны, кото­рую себе обыч­но пред­став­ля­ют уче­ные для спре­дин­га оке­а­ни­че­ско­го дна. Поче­му это так?

Ислан­дия была при­пи­са­на глу­бин­но­му ман­тий­но­му плю­му с само­го рож­де­ния этой тео­рии [2]. Соглас­но такой точ­ке зре­ния, колон­на горя­чих пород под­ни­ма­ет­ся от гра­ни­цы ядро – ман­тия, зале­га­ю­щей на глу­бине ~ 3 тыс. км, бла­го­да­ря тер­маль­ной пла­ву­че­сти и уда­ря­ет­ся о подош­ву лито­сфе­ры вбли­зи поверх­но­сти Зем­ли. Там горя­чие поро­ды пла­вят­ся, что при­во­дит к избыт­ку вул­ка­низ­ма на поверх­но­сти. Такой маг­ма­тизм, види­мо, не может суще­ствен­но повли­ять на поверх­ност­ную тек­то­ни­ку. Он толь­ко добав­ля­ет вул­ка­ни­че­ских извер­же­ний к извер­же­ни­ям, свя­зан­ным с дру­гим неза­ви­си­мым про­цес­сом – плит­ной тек­то­ни­кой.

Этой тео­рии, одна­ко, ока­зы­ва­ет­ся недо­ста­точ­но, что­бы объ­яс­нить мири­а­ды слож­ных фак­тов, мно­гие из кото­рых при­су­щи исклю­чи­тель­но Ислан­дии. В резуль­та­те недав­но была раз­ра­бо­та­на новая плит­ная гипо­те­за как ответ для раз­ре­ше­ния мно­же­ства широ­ко рас­про­стра­нен­ных несо­от­вет­ствий в плю-мовой гипо­те­зе [3, 4]. Эта плит­ная гипо­те­за актив­но при­ме­ня­ет­ся для объ­яс­не­ния вул­ка­низ­ма Ислан­дии [5, 6]. Ислан­дия лежит в южной части кале­дон­ско­го шва, обла­сти древ­ней суб­дук­ции. Гео­хи­ми­че­ские сле­ды такой суб­дук­ции най­де­ны в исланд­ских лавах [7–9], а сей­сми­че­ская томо­гра­фия ука­зы­ва­ет на то, что постав­щик маг­ма­ти­че­ских рас­пла­вов под Ислан­ди­ей нахо­дит­ся в неглу­бо­ких частях ман­тии [10–12]. Деся­ти­ле­ти­я­ми по умол­ча­нию допус­ка­лось, что все уже извест­но о про­ис­хож­де­нии Ислан­дии, одна­ко иссле­до­ва­ния сего­дняш­не­го дня гово­рят о том, что, может быть, все дале­ко не так оче­вид­но, как каза­лось рань­ше.

Одна­ко в тече­ние послед­них дней и недель на пер­вое место вышло не про­ис­хож­де­ние исланд­ско­го вул­ка­низ­ма, а его роко­вой объ­ем про­дук­тов извер­же­ния. Обыч­но извер­же­ния в Ислан­дии про­ис­хо­дят каж­дые 2–3 года. Недав­нее впе­чат­ля­ю­щее извер­же­ние про­изо­шло в 1996 г. на вул­кане Гьялп, кото­рый   про­пла­вил огром­ную дыру в покры­ва­ю­щем его лед­ни­ке Ват­най­о­кюлль (фото на стр. 1). Талая вода обра­зо­ва­ла ката­стро­фи­че­ский поток, про­рвав­ший­ся из-под южно­го края лед­ни­ка и раз­ру­шив­ший при­бреж­ную коль­це­вую доро­гу, мосты и линии элек­тро­пе­ре­дач. Позд­нее извер­же­ния про­ис­хо­ди­ли на вул­ка­нах Грим­свётн в 1998 г., Гек­ла в 2000 г. и сно­ва на вул­кане Грим­свётн в 2004 г. Эти извер­же­ния оста­лись прак­ти­че­ски неза­ме­чен­ны­ми меж­ду­на­род­ным сооб­ще­ством, но теку­щее извер­же­ние – это совсем дру­гой слу­чай.

Акти­ви­за­ция вул­ка­на Эйя­фьят­лай­о­кудль, что в дослов­ном пере­во­де озна­ча­ет «ост­ров-гора-лед­ник», впер­вые ста­ла замет­ной 20 мар­та, когда извер­же­ние уже было вид­но нево­ору­жен­ным гла­зом. Несмот­ря на то, что интен­сив­ность зем­ле­тря­се­ний и ско­рость дефор­ма­ций уве­ли­чи­лись за несколь­ко недель до извер­же­ния, они не вызва­ли доста­точ­но­го бес­по­кой­ства для того, что­бы мож­но было пред­ви­деть извер­же­ние и пре­ду­пре­дить о гря­ду­щей вул­ка­ни­че­ской опас­но­сти. Несколь­ко после­ду­ю­щих дней после нача­ла извер­же­ния лава изли­ва­лась из тре­щи­ны длин­ной в 500 м, подоб­но как это про­ис­хо­дит при Гавай­ских извер­же­ни­ях. Бла­го­да­ря тому, что тре­щи­на обра­зо­ва­лась вниз по скло­ну от лед­ни­ка, лед изна­чаль­но не пла­вил­ся, и вул­кан вели­ко­душ­но поз­во­лял людям наблю­дать за собой, как в тури­сти­че­ском аттрак­ци­оне. Кра­си­вей­шие «лаво­вые водо­па­ды» обра­зо­вы­ва­лись там, где лава пада­ла с обры­ва вниз. 12 апре­ля извер­же­ние пре­кра­ти­лось.

Одна­ко позд­ним вече­ром 13 апре­ля новое извер­же­ние, сопро­вож­дав­ше­е­ся интен­сив­ны­ми зем­ле­тря­се­ни­я­ми и дро­жа­ни­ем зем­ли, нача­лось в самом цен­тре кра­те­ра, погре­бен­но­го подо льдом. Это извер­же­ние быст­ро уси­ли­ва­лось, и в дан­ный момент вул­кан выда­ет ярост­ный столб вул­ка­ни­че­ско­го пеп­ла и дыма (текст напи­сан 20 апре­ля 2010 г., в насто­я­щий момент актив­ность вул­ка­на сни­зи­лась до без­опас­ной. – Ред.). Несмот­ря на то, что это извер­же­ние несо­по­ста­ви­мо мало по срав­не­нию с извер­же­ни­ем вул­ка­на на горе Свя­той Еле­ны в США в 1980 г., по сте­че­нию обсто­я­тельств ветер дует с севе­ра и раз­но­сит пепел над Евро­пой.

Не в пер­вый раз Ислан­дия дает знать о себе таким обра­зом. В 1783 г. выда­ю­ще­е­ся извер­же­ние вул­ка­на Лаки – самое боль­шое из извест­ных лаво­вых извер­же­ний в исто­ри­че­ское вре­мя – про­из­ве­ло на свет клу­бы пеп­ла и газа, кото­рые при­ве­ли к смер­ти 30% насе­ле­ния Ислан­дии, а еще столь­ко же было вынуж­де­но эми­гри­ро­вать в Кана­ду. Дания, управ­ляв­шая в то вре­мя Ислан­ди­ей, обсуж­да­ла, не явля­ет­ся ли тер­ри­то­рия Ислан­дии прин­ци­пи­аль­но неза­се­ля­е­мой и не сле­ду­ет ли эва­ку­и­ро­вать всех ее жите­лей в Данию. Загряз­не­ние окру­жа­ю­щей сре­ды и похо­ло­да­ние кли­ма­та серьез­но повли­я­ло на про­из­вод­ство про­дук­тов пита­ния в Евро­пе и Север­ной Аме­ри­ке, что так­же при­ве­ло к мно­же­ствен­ным смерт­ным слу­ча­ям. Эта исто­рия напо­ми­на­ет нам, что, несмот­ря на все при­чи­нен­ные неудоб­ства и поте­ри в эко­но­ми­ке от теку­ще­го извер­же­ния, в буду­щем может быть (и одна­жды несо­мнен­но будет) еще хуже.

Ста­тья напи­са­на спе­ци­аль­но для ТрВ-нау­ка.

Пере­вод Алек­сея Ива­но­ва

[I] Foulger, G. R. (2006), Older crust underlies Iceland, Geophys. J. Int., 165, 672–676.

[2] Morgan, W. J. (1971), Convection plumes in the lower mantle, Nature, 230, 42–43.

[3] Foulger, G. R., and J. H. Natland (2003), Is «hotspot» volcanism a consequence of plate tectonics?, Science, 300, 921–922. [4] Foulger, G. R. (2010) Plates vs Plumes: A geological controversy. Wiley. 472 p. [5] Foulger, G. R., and D. L. Anderson (2005), A cool model for the Iceland hot spot, J. Volc. Geotherm. Res., 141, 1–22. [6] Lundin, E., and T. Dora (2005), The fixity of the Iceland «hotspot» on the Mid-Atlantic Ridge: observational evidence, mechanisms and implications for Atlantic volcanic margins, in Plates, Plumes, and Paradigms, edited by G. R. Foulger, J.H. Natland, D.C. Presnall and D. L. Anderson, pp. 627–652, Geological Society of America. [7] Breddam, K. (2002), Kistufell: Primitive melt from the Iceland mantle plume, J. Pet., 43, 345–373.

[8] Chauvel, C., and C. Hemond (2000), Melting of a complete section of recycled oceanic crust: Trace element and Pb isotopic evidence from Iceland, Geochem. Geophys. Geosys., 1, 1999GC000002.

[9] Foulger, G. R., J. H. Natland, and D. L. Anderson (2005), A source for Icelandic magmas in remelted Iapetus crust, J. Volc. Geotherm. Res., 141, 23–44.

[10] Foulger, G. R., et al. (2000), The seismic anomaly beneath Iceland extends down to the mantle transition zone and no deeper, Geophys. J. Int., 142, F1-F5.

[II] Hung, S.-H., Y Shen, and L.-Y Chiao (2004), Imaging seismic velocity structure beneath the Iceland hotspot – A finite-frequency approach, J. geophys. Res., 109(B08305), doi:10.1029/2003JB002889. [12] Ritsema, J., H. J. van Heijst, and J. H. Woodhouse (1999), Complex shear wave velocity structure imaged beneath Africa and Iceland, Science, 286, 1925–1928. [13] Smith, W. H. F., and D. T. Sandwell (1997), Global sea floor topography from satellite altimetry and ship depth soundings, Science, 277, 1957–1962, doi: 10.1126/science. 277.5334.1956.

[14] Vogt, P. R., and W.-Y. Jung (2005), Paired (conjugate) basement ridges: Spreading axis migration across mantle heterogeneities?, in Plates, Plumes, and Paradigms, edited by G. R. Foulger, J.H. Natland, D.C. Presnall and D.L. Anderson, pp. 555–580, Geological Society of America.


Обсу­дить в ЖЖ-сооб­ще­стве
trv_​science_​ru.

Если вы нашли ошиб­ку, пожа­луй­ста, выде­ли­те фраг­мент тек­ста и нажми­те Ctrl+Enter.

Связанные статьи

Оставить комментарий

avatar
  Подписаться  
Уведомление о
Оценить: 
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (Пока оценок нет)
Загрузка...
 
 
 

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: