Обрушение вершины действующего вулкана и другие процессы могут приводить к появлению бурлящей смеси раскаленных газов, пепла и обломков породы, которая устремляется прочь на скорости во многие сотни километров в час. Такие пирокластические потоки чрезвычайно опасны, способны преодолевать водные преграды и даже двигаться вверх по склонам. Они словно обманывают обычное трение и перемещаются так, будто состоят из одной кипящей воды, а не из пепла, камней и лавы.
Эти свойства пирокластических потоков до сих пор остаются загадкой. Однако лабораторные эксперименты, проведенные геологами новозеландского Университета Мэсси, показали, что плотные породы в таких потоках движутся почти без трения, опираясь на «воздушную подушку» из сжатого горячего воздуха и вулканических газов. Об этом профессор Герт Любе (Gert Lube) и его коллеги пишут в статье, опубликованной в журнале Nature Geoscience.
По словам ученых, это была самая масштабная в истории попытка воспроизвести вулканические процессы «в закрытом помещении», для чего в лаборатории была сконструирована установка PELE. Она заставляет двигаться массу пепла, пемзы и газов общим весом около шести тонн, симулируя обрушение эруптивной колонны — мощной лавовой струи. Некоторые вулканы взрывами выбрасывают такие потоки, и их обратное падение на склон способно приводить к образованию пирокластического потока.
Чтобы смоделировать эти процессы, ученые сбрасывали разогретые выше 100 °C породы на 12-метровую наклонную горку и фиксировали их движение с помощью скоростных видеокамер и других инструментов. Скорость потока в лабораторных условиях превысила 100 км/ч, и, уже промчавшись до конца горки, обломки унеслись еще на 35 метров от ее основания.
©NPG Press; Lube et al., 2019
Наблюдения показали, что движущаяся пирокластическая смесь моментально разделяется. Сильное трение заставляет нижние слои двигаться намного медленнее верхних и приводит к образованию пустот с пониженным давлением. В них моментально устремляются газы, скопившиеся под большим давлением по соседству. В результате внизу потока образуется горячая «воздушная подушка», по которой вулканический пепел и обломки пород путешествуют, почти не чувствуя трения и набирая огромную скорость.
На основе собранных данных ученые создали компьютерную модель и подтвердили, что эти процессы действительно разворачиваются в масштабах реальных вулканов. Возможно, некий аналог такой воздушной подушки возникает и при оползнях и лавинах — других природных «обвалах», способных набирать удивительно большую скорость.
