Извержения вулканов могут происходить и глубоко в море — только в этом случае на эти процессы будут оказывать огромное давление водные массы. Международная команда решила освятить процесс извержения подводных вулканов в журнале Nature Geoscience.
Большинство извержений вулканов, которые случаются на дне мирового океана, происходят незаметно. В последние годы океанография показала, что такие подводные извержения выбрасывают не только лаву, но и большое количество вулканического пепла.
«Таким образом, даже под слоями воды толщиной в километры, которые оказывают огромное давление и тем самым препятствуют эффективной дегазации, существуют определенные механизмы, которые приводят к «взрывному» распаду магмы», – говорит профессор Бернд Зимановски, руководитель физико-вулканологической лаборатории университета Юлиуса-Максимилиана (JMU) Вюрцбурга в Баварии, Германия.
Публикация международной исследовательской группы
Международная исследовательская группа под руководством профессоров Джеймса Уайта (Новая Зеландия), Пьерфранческо Деллино (Италия) и Бернда Зимановски (JMU) впервые продемонстрировала такой механизм. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Geoscience.
Ведущий автор – доктор Тобиас Дриг из университета в Исландии, выпускник JMU и бывший лауреат премии Rntgen института физики JMU. Прежде чем отправиться в Исландию, Дриг был членом исследовательских групп профессора Зимановски и профессора Уайта.
Ученые отправили робота на глубину 1000 метров
Команда проводила исследования на вулкане Гавр, который находится к северо-западу от Новой Зеландии на глубине около 1000 метров под поверхностью моря. Этот вулкан извергся в 2012 году, и тогда научное сообщество узнало о его существовании.
Извержение создало плавающее пятно из частиц пемзы, которого заняло площадь примерно до 400 квадратных километров — а это примерно размером с Вену. Для исследования отложений пепла на морском дне использовался специальный робот. По данным наблюдений группа Джеймса Уайта обнаружила более 100 миллионов кубометров вулканического пепла.
Этот робот также брал пробы с морского дна, которые затем использовались в совместных экспериментальных исследованиях в физико-вулканологической лаборатории JMU.
Эксперименты в физико-вулканологической лаборатории
«Мы расплавили материал и ввели его в контакт с водой при различных условиях. При определенных условиях происходили взрывные реакции, которые приводили к образованию искусственного вулканического пепла», – объясняет Бернд Зимановски. Сравнение этого пепла с природными образцами показало, что процессы в лаборатории были подобны тем, которые происходили на глубине 1000 метров на морском дне.
Зимановский описывает эти эксперименты: «В ходе экспериментов расплавленный материал помещался под слой воды в тигле диаметром десять сантиметров, после чего деформировался с интенсивностью, с которой в природе магма выходит из морского дна. В результате этих процессов образуются трещины, и вода резко выстреливает в образовавшийся вакуум. Затем эта вода начинает взрывообразно расширяться. Наконец, частицы и вода выбрасываются взрывом. Мы вводим их в водный бассейн через U-образную трубку, чтобы имитировать охлаждение этой субстанции под водой». Созданные таким образом частицы, которые ученые назвали «искусственным вулканическим пеплом», по форме, размеру и составу соответствовали природному пеплу.
Возможные последствия для климата
«Благодаря этим результатам мы теперь гораздо лучше понимаем, как такие вулканические извержения происходят под водой», – говорит профессор JMU. Дальнейшие исследования должны также показать, могут ли подводные вулканические взрывы оказывать влияние на климат.
«При извержениях лавы под водой для того, чтобы тепло лавы перешло воде, нужно время. Однако при взрывных извержениях магма сразу распадается на мельчайшие частицы. В процессе могут возникать настолько сильные тепловые импульсы, что они могу локально (а иногда даже и глобально) нарушать тепловое равновесие течений в океанах». А ведь именно эти течения оказывают существенное влияние на глобальный климат.
Вулканы на дне океана
На суше (в том числе на островах) насчитывается около 1900 действующих вулканов. Подводных же вулканов гораздо больше. Точные цифры неизвестны, потому что море в значительной степени еще не исследовано. Соответственно, большинство подводных вулканических извержений остаются незамеченными. За счет повторяющихся извержений подводные вулканы медленно растут вверх. Когда они достигают поверхности воды, они превращаются в вулканические острова, такие как Стромболи около Сицилии или некоторые из Канарских островов.
