Миссия: найти всё, что скрыто

Из Сибири — на Курилы

На полуострове Камчатка и Курильских островах расположен самый активный на сегодняшний день вулканический пояс в России, который привлекает исследователей со всего мира. Это неслучайно: на Курильской островной дуге сосредоточены «живые» очаги вулканизма, извергавшиеся в ближайшем геологическом прошлом. Именно такие объекты позволяют ученым получить более полную картину эволюции вулканов. 

Сотрудники Института геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН ведут активные исследования на Южных Курилах: островах Кунашир и Итуруп. Их работа поддержана грантами Российского фонда фундаментальных исследований и комплексной программой СО РАН «Междисциплинарные интеграционные исследования» на 2018—2020 гг.

«В Южно-Сахалинске работает группа ученых-вулканологов из Института морской геологии и геофизики Дальневосточного отделения РАН, — рассказывает ведущий научный сотрудник, заместитель директора по научной работе ИГМ СО РАН доктор геолого-минералогических наук Сергей Захарович Смирнов. — В процессе исследований у коллег возник ряд вопросов, поэтому они обратились к нам с предложением работать вместе. И вот уже два года мы активно сотрудничаем. Они занимаются геологической частью, а нас больше интересует петрология, вещество».

Микроинформаторы

Ученые ИГМ СО РАН собирают образцы горных пород, исторгнутых из кальдерных вулканов. Как правило, это пемзы — пористые кислые магматические породы. Развитие очагов кислых магм сопровождает практически все крупные извержения. Наибольший интерес для исследователей представляют минералы, содержащиеся в пемзах и вулканических бомбах. Они кристаллизуются из магмы и находятся внутри магматических камер, расположенных на расстоянии 10 и более километров под землей.

Заглянуть на такую глубину ученые не в состоянии. Поэтому они собирают продукты извержений, которые по геологическим меркам произошли сравнительно недавно: в пределах 20—40 тысяч лет назад, и изучают состав содержащихся там минералов, их морфологию, взаимодействие с другими минералами.

«Нас интересует то, что представлял собой магматический расплав. Это тот материал, который играет главную роль в процессе подготовки извержения, в его развитии и может оказывать существенное влияние на окружающую среду, климат, людей, животный и растительный мир», — поясняет Сергей Смирнов. 

Такую информацию ученые могут получить из мельчайших включений, содержащихся в магматических кристаллах, путем их детального физико-химического анализа. Благодаря этому специалисты могут понять, что происходит в современных вулканах на тех же самых глубинах. 

«Наш институт обладает всеми возможностями и знаниями, у нас одна из самых лучших школ в мире по исследованию включений в минералах, — говорит Сергей Смирнов. — У нас есть современное оборудование, которое позволяет получать информацию, достойную опубликования в зарубежных и российских научных журналах. Однако изучение вулканов — сложный и мультидисциплинарный процесс, одних знаний о минералах и включениях в них недостаточно для построения современных моделей. Поэтому мы объединяем наши усилия не только с геологами с Сахалина, но и с геофизиками из Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН и математиками из Института вычислительных технологий СО РАН и Института вычислительной математики и математической геофизики СО РАН».

1 + 1 = 1

Одно из наиболее интересных крупных извержений на Курильских островах произошло около 20 тысяч лет назад. Вероятно, именно оно спаяло два кусочка суши, один из которых — нынешний Итуруп, а другой — расположенный к северо-востоку от него полуостров Медвежий. Каковы его механизмы и как оно развивалось, является предметом текущих исследований.

Ученым уже удалось зафиксировать, на какой глубине находился очаг, что собой представляла магма, что послужило вероятным триггером этого извержения. В то же время осталось довольно много вопросов, ответы на которые пока не найдены. Один из них — почему в конкретном месте скопился такой огромный объем магмы (порядка ста кубических километров), и почему он был выброшен на поверхность Земли в очень короткое, даже по обычным меркам, время. 

В то же время осталось довольно много вопросов, ответы на которые пока не найдены. Один из них — почему в конкретном месте скопился такой огромный объем магмы (порядка ста кубических километров), и почему он был выброшен на поверхность Земли в очень короткое, даже по обычным меркам, время. 

«Кубический километр — это уже много, а мы говорим о величине, в сто раз большей, — говорит Сергей Смирнов. — Для сравнения: объем Новосибирского водохранилища — чуть меньше девяти кубических километров. Значит, объем выброшенной извержением магмы составил порядка десяти таких водохранилищ. Вообразите масштаб катастрофы! Вне всякого сомнения, вблизи центра извержения всё живое на какое-то время перестало существовать. Кроме того, это явление могло спровоцировать глобальные климатические изменения. Сейчас мы пытаемся понять, какие именно последствия извержение такого масштаба имело для региона в целом».

В этом может помочь тефрохронология (дисциплина о методах датирования событий, явлений и находок, основанная на исследовании слоев вулканического пепла, тефр. — Прим. ред.). Тефрохронологи изучают разрезы осадочных отложений (континентальных, морских, океанических) и выискивают в них тончайшие слои пепла. Затем по целому ряду критериев они определяют, из каких вулканов и когда был выброшен этот пепел. 

«Нам хотелось бы понять, в каких из скважин, пробуренных в акваториях Охотского моря и северо-западной части Тихого океана, могут быть отложения наших извержений, — рассказывает Сергей Смирнов. — По этому вопросу мы будем выстраивать отношения с сотрудниками Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН, и я надеюсь, у нас будут интересные совместные работы». 

Миссия выполнима

Смоделировать масштаб и механизм извержения довольно просто, но представить, как это происходило на самом деле, — гораздо сложнее. «Проблема в том, — поясняет Сергей Смирнов, — что современное человечество еще ни разу не видело такого извержения воочию». 

В числе крупных явлений, которые произошли в прошлом и были зафиксированы: извержение вулкана Катмай на Аляске (1912 год), вулканов Кракатау в Индонезии (1883 год) и Санторин в Эгейском море (1 600—1 700 годы до н. э.). Однако подробного научного описания самих явлений нет. «Записей не так много, и все они противоречивы, — говорит ученый. — В любом случае это не те данные, которые нужны вулканологам, чтобы построить модель процесса». 

Новосибирским петрологам также интересны объекты, которые находятся в средней части Курильской дуги: там есть вулканические центры такого же масштаба и состава. «Благодаря совместным работам с Южно-Сахалинском мы имеем возможность с этим материалом работать, у коллег он есть, — рассказывает ученый. — Предварительные исследования мы уже проводим, готовимся к тому, что попадем на эти острова и сможем исследовать объекты более подробно. Я думаю, взгляды, которые мы развиваем, смогут в чем-то дополнить представления о Камчатских вулканах, а может, даже в чем-то изменить».

Юлия Клюшникова

Фото предоставлены Сергеем Смирновым