Человечество привыкло воспринимать вулканы либо как живописные открыточные пейзажи, либо как внезапные апокалиптические катастрофы из учебников истории. В интервью проекту «ОСНОВА» вулканолог, кандидат геолого-минералогических наук Владимир Кирьянов объяснил глубинную механику этих природных механизмов: почему одни вулканические горы изливают реки базальта, а другие детонируют подобно мегатонным бомбам, как вулканический пепел останавливает двигатели пассажирских авиалайнеров и почему главный европейский риск сегодня исходит вовсе не от исландских гейзеров или супервулканов, а от затаившегося Везувия.
🌋 Анатомия вулкана: почему горы растут конусами и как течет лава 0:59
Широко распространенное представление о вулканах как об обычных геологических возвышенностях не соответствует действительности. Как объясняет Владимир Кирьянов, вулкан — это не первозданная гора, а конус, сформированный аккумуляцией продуктов собственных извержений . Механизм их роста можно сравнить с высыпанием ведра сухого песка: падающий из эруптивной тучи рыхлый обломочный материал — тефра — под воздействием гравитации неизбежно образует правильную коническую структуру .
Строение большинства классических вулканов наглядно демонстрируют природные срезы:
- Вулканический пепел (тефра) оседает рыхлым слоем вокруг жерла.
- Излившаяся вслед за ним лава застывает монолитной каменной коркой.
- Каждый новый цикл активности накладывает свежую пару «пепел — лава», постепенно наращивая высоту постройки.
Именно поэтому такие вулканические аппараты называют стратовулканами (от латинского stratum — «слой») . Если извержение продолжается непрерывно на протяжении месяца, формирующийся конус способен вырасти на десятки и даже сотни метров .
Однако не все вулканы функционируют по этой схеме. На Гавайских островах пепловая фаза практически отсутствует: вулканы сложены многократными наслоениями лавовых куполов и базальтовых потоков . Скорость движения этих огненных рек напрямую зависит от крутизны склона и вязкости расплава . На горизонтальной поверхности лава ползет медленно, выталкиваемая лишь новыми порциями расплава из жерла, тогда как на крутых склонах высокоподвижные базальты способны развивать скорость в несколько километров в час .
Остановить или перенаправить разогретый до сотен градусов поток практически невозможно. Кирьянов вспоминает исторический случай на сицилийском вулкане Этна, когда приближавшийся поток пытались отвести от города: местные жители пробили борт лавового русла под углом девяносто градусов, однако на защиту своих угодий с вилами вышли крестьяне соседней деревни, которой угрожало новое направление потока, в результате чего лава беспрепятственно уничтожила часть городской инфраструктуры и горнолыжные трассы .
💥 Взрывные и направленные извержения: когда гора взлетает на воздух 5:04
Наибольшую разрушительную опасность представляют не медленно ползущие лавовые языки, а взрывные эксплозивные извержения, в процессе которых вулканическая постройка уничтожается целиком . Когда магматический очаг в недрах опустошается, колоссальная кровля горы теряет опору и проваливается в образовавшуюся полость. На поверхности возникает обширная кольцевая депрессия — кальдера (от испанского calderon — «котел») . Впоследствии внутри этой чаши нередко начинает расти новое молодое жерло, как это произошло на камчатских вулканах Ксудач и Карымский .
Крайней формой катастрофического процесса является направленный взрыв. До середины XX века камчатский вулкан Безымянный считался потухшим и не привлекал внимания исследователей . Однако, как выяснилось позже, для него характерен тысячелетний цикл покоя . В марте 1956 года внутри постройки скопилось колоссальное давление, приведшее к направленному взрыву:
- Колоссальная часть вулканического массива была мгновенно снесена в сторону.
- На месте вершины образовался циклопический кратер, где сейчас выжимается новый вязкий купол.
- На вулкане Шивелуч аналогичный направленный взрыв покрыл многометровым слоем обломочных отложений территорию на десятки километров к югу, полностью уничтожив таежный лес .
Подобные взрывы крайне редко направлены строго вертикально вверх: газы и магма находят наименее прочную зону в теле вулканического конуса, и детонация происходит по принципу «где тонко, там и рвется» .
🔬 Парадоксы активности: как тефрохронология читает летописи недр 7:08
В научном сообществе граница между «действующими» и «потухшими» вулканами долгое время оставалась размытой. Традиционная привязка к «историческому периоду» субъективна: если на японском острове Кюсю письменные свидетельства извержений фиксировались с XV века, то на малонаселенном Хоккайдо наблюдения начались лишь в XIX столетии, а вулканы открытой еще позже Антарктиды вообще выпадали из классификации .
Чтобы исключить путаницу, советские исследователи Института вулканологии (в частности, Флорентина Брайцева и ее соавторы) предложили считать действующими те вулканы, которые проявляли эруптивную активность хотя бы один раз за последние 3500 лет . По разным оценкам, под этот критерий на Земле подпадает от 500 до 800 объектов .
Для восстановления истинной хронологии древних катастроф ученые используют метод тефрохронологии, основывающийся на послойном исследовании почвенно-пирокластических чехлов :
- В естественных обнажениях или шурфах геологи находят слои вулканического пепла, чередующиеся с погребенными горизонтами почв .
- Под микроскопом изучается индивидуальный «минеральный отпечаток» пепла: наличие биотита указывает на извержение Хангара, кристаллы плагиоклаза и специфическая форма вулканического стекла соотносятся с другими центрами .
- Органическое вещество из почвенных горизонтов непосредственно под слоем пепла и над ним датируется радиоуглеродным методом (по изотопу углерода C-14) .
- Поскольку пепел выпадает одномоментно, а почва мощностью в два-три сантиметра формируется столетиями, ученые вычисляют возраст извержения с точностью до десятков лет в диапазоне до 40–50 тысяч лет назад .
Этот метод позволил доказать, что считавшийся спящим Эльбрус на Кавказе является действующим вулканом . В его окрестностях залегают пеплы сравнительно недавних извержений, а на вершине фиксируются выходы термальных газов — фумаролы . Чем выше температура фумарольных струй и концентрация диоксида серы, тем ближе магматическое тело находится к земной коре .
🧪 Физика и химия магмы: кремний решает всё 15:58
Глобальная вулканическая активность подчинена законам тектоники плит. В зонах субдукции тонкая океаническая кора тихоокеанского дна пододвигается под мощные континентальные массивы Евразии и обеих Америк . На глубинах в десятки километров насыщенные водой осадочные породы плавятся, плотность вещества падает, и разогретый силикатный расплав устремляется к поверхности, формируя островные дуги вроде Камчатки, Курил или Японии .
Альтернативный сценарий объясняет внутриплитный вулканизм — феномен Йеллоустона или Гавайев: мантийный плюм («горячая точка») функционирует подобно гигантской паяльной лампе, непрерывно прожигая дрейфующую над ним литосферную плиту .
Характер самого извержения полностью предопределен химическим составом магмы:
- Кислая магма (высокое содержание диоксида кремния $SiO_2$ — 60–70% и более). Крайне вязкий расплав не позволяет растворенным вулканическим газам свободно отделяться. Давление в магматической камере нарастает до критического предела, приводя к мощному взрыву с образованием легкой пористой пемзы, способной плавать на воде .
- Базальтовая магма (низкое содержание $SiO_2$ — 40–50%). Текучая, подвижная магма темного цвета свободно дегазирует при подъеме. Извержения протекают спокойно: расплав изливается классическими лавовыми реками высокой температуры (до 1100 °C против 800 °C у кислых магм) .
На основе динамики процессов наука выделяет гавайский, стромболианский (с регулярными выбросами вулканических бомб), пелейский и плинианский типы . Последний назван в честь Плиния Младшего, описавшего в письмах к историку Тациту гибель Помпей при пробуждении Везувия в 79 году нашей эры .
💀 Пепел, пемза и грязь: катастрофа Везувия и природа пирокластических потоков 21:45
Вопреки распространенному кинематографическому клише, Помпеи были уничтожены вовсе не потоками раскаленной базальтовой лавы . Римские города на побережье Неаполитанского залива погибли под воздействием принципиально иных вулканических факторов:
- Помпеи были засыпаны многометровой толщей непрерывно падавших из стратосферной тучи обломков пемзы и пепла, которые обрушивали крыши вилл и хоронили жителей .
- Геркуланум накрыли лахары — сошедшие со склонов грязекаменные потоки чудовищной плотности, возникшие в результате смешения пепла с конденсационными ливнями .
При этом археологи зафиксировали поразительный факт: в руинах почти не найдено останков диких или домашних животных — фауна заблаговременно ощутила приближение сейсмической катастрофы и покинула опасную зону .
Наиболее смертоносным проявлением кислого эксплозивного вулканизма выступает пирокластический поток (от греческих корней «огонь» и «разламывать») . Это не воздушное облако, а раскаленная лавина вспененной пемзы и газов температурой 600–700 °C, переливающаяся через край кратера и мчащаяся вниз по склону под действием гравитации . Поток скользит на своеобразной «газовой подушке» с околозвуковыми скоростями, испепеляя любую органику на своем пути .
Масштаб подобных выбросов колоссален: во время взрыва индонезийского Кракатау в 1883 году в океан было выброшено столько пемзы, что Зондский пролив на долгие месяцы оказался заблокирован плавающими полями застывшей пены толщиной в несколько метров, сделав судоходство невозможным .
🚁 Полевые будни: охота за лавой на вертолете и камчатские анекдоты 26:52
Остывание лавовых полей растягивается на целые десятилетия. На шлаковых конусах Большого трещинного Толбачинского извержения, завершившегося еще в 1975 году, фумарольные трещины продолжают тлеть до сих пор, легко воспламеняя сухую древесину . Толстые базальтовые покровы обладают феноменальной теплоемкостью и сохраняют внутри температуру в сотни градусов спустя годы после остановки потока .
Владимир Кирьянов поделился эпизодом из зимней экспедиции 1991 года на Авачинский вулкан, извергавшийся в непосредственной близости от Петропавловска-Камчатского :
«Пилот вертолета Ми-8 не мог приземлиться на крутой заснеженный склон — он лишь уперся в поверхность одним колесом, зависнув в воздухе. Мы спрыгнули прямо на наст и молотками отбили кусок свежей лавы размером с кочан капусты. Внутри он оставался мягким и вязким, как глина. Взять его руками было невозможно: брезентовые рукавицы мгновенно вспыхивали. Тогда мы вырубили огромный кирпич плотного фирна, закатили на него шипящий кусок расплава и втащили в салон. Спустя два часа полетов и транспортировки на машине в институт камень все еще обжигал руки сквозь плотную ткань» .
Проявление магматизма не ограничивается расплавами. В кратере индонезийского вулкана Иджен добывают самородную серу, которая по ночам воспламеняется сюрреалистическим ярко-синим пламенем, а в кратере камчатского Малого Семячика плещется бирюзовое кислотное озеро . Вода в нем представляет собой концентрированную смесь серной, соляной и плавиковой кислот — природную царскую водку, в которой бесследно растворилась унесенная ветром дюралюминиевая лодка исследователей .
С этим озером связана курьезная история: 1 апреля камчатский журналист Игорь Мальцев опубликовал фельетон о скором открытии на Малом Семячике «всесоюзного бальнеологического санатория с уникальной целебной водой» . Первоапрельскую шутку перепечатали центральные дальневосточные издания, а спустя пару месяцев дирекция Института вулканологии получила официальную правительственную депешу из Владивостока с уведомлением о том, что несуществующий санаторий в кратере с кислотой внесен в общесоюзный реестр здравниц СССР за определенным регистрационным номером .
✈️ Пепел в турбинах: невидимая угроза гражданской авиации 40:21
Главная глобальная опасность эксплозивных извержений для современной цивилизации кроется в вулканическом пепле. В отличие от мягкой древесной золы, вулканический пепел представляет собой субмикроскопические осколки твердого абразивного вулканического стекла с острыми гранями . При попадании в легкие человека или животных он провоцирует тяжелейшие респираторные поражения, а на пастбищах Курильских островов неоднократно вызывал массовый падеж скота из-за механического разрушения желудочно-кишечного тракта травой с пеплом .
Однако наибольший риск пепловые шлейфы несут для реактивной авиации . Если в эпоху поршневой авиации самолеты преодолевали подобные зоны без катастрофических последствий, то современные турбины всасывают воздух гигантскими объемами:
- В 1982 году Boeing 747 британской авиакомпании British Airways, летевший из Куала-Лумпура в Перт, ночью на высоте 11 000 метров вошел в пепловый шлейф индонезийского вулкана Галунггунг . Бортовые метеорадары не фиксируют сухое силикатное облако, принимая его за обычную облачность .
- У лайнера последовательно заглохли все четыре двигателя . Самолет перешел в безмоторное планирование, потеряв высоту с 11 километров до 3, прежде чем экипаж сумел запустить двигатели за пределами пепловой зоны и совершить аварийную посадку в Джакарте .
- В 1989 году в аналогичную ловушку над Аляской угодил Boeing 747 голландской KLM, попавший в выброс вулкана Редаут: после остановки всех моторов и благополучного перезапуска техники извлекли из каждого двигателя до 15 килограммов оплавленного вулканического стекла .
Физика процесса проста: температура внутри работающей авиационной турбины достигает 1200–1400 °C, тогда как температура плавления силикатного пепла составляет порядка 800–1000 °C . Влетая в камеру сгорания, микрочастицы моментально плавятся, облепляют лопатки турбины жидкой стекломассой, нарушают аэродинамику потока и глушат двигатель .
По действующим международным авиационным регламентам пилотам категорически запрещено нырять под облако или пытаться перелететь его по потолку: единственным спасением является немедленный разворот на 180 градусов по собственному курсу . При этом в сельском хозяйстве пепел проявляет себя иначе: будучи природным концентратом калия, кальция и фосфора, он служит мощным удобрением — так, после пеплопада Безымянного в камчатском поселке Ключи урожай картофеля у неочистивших огороды жителей удвоился .
🌍 Климатические триггеры: Франкенштейн, велосипед и эффект бутылочного горлышка 47:10
Катастрофическим в вулканологии считается извержение, выбрасывающее более одного кубического километра тефры . Чтобы представить этот объем, достаточно вообразить площадь стандартного футбольного стадиона, над которым в стратосферу непрерывным монолитом уходит столб твердой породы высотой более ста километров .
Однако в истории случались события несоизмеримо большего масштаба:
- Извержение Тамборы (Индонезия, 1815 год). В атмосферу было выброшено около 100 кубических километров пирокластики . Мелкодисперсный аэрозоль экранировал солнечную радиацию, вызвав планетарный оптический эффект и спровоцировав знаменитый «год без лета» в 1816–1817 годах .
- В Северной Америке и Европе летние заморозки уничтожили урожай, что повлекло массовый голод .
- Из-за бескормицы и падежа лошадей немецкий изобретатель Карл Дрез сконструировал деревянную беспедальную дрезину — прототип современного велосипеда .
- Запертые ненастным холодным летом на вилле у Женевского озера лорд Байрон и Мэри Шелли коротали дни за сочинением страшных историй, в результате чего родился роман о Франкенштейне .
- Климатический хаос дестабилизировал муссонные циклы в Азии, вызвав беспрецедентную вспышку холеры в Индии, которая к 1830 году докатилась до России, заперев Александра Пушкина на холерный карантин в имении Большое Болдино, подарив литературе Болдинскую осень .
Еще более драматичные последствия вызвало извержение супервулкана Тоба на Суматре приблизительно 74 тысячи лет назад (в транскрипте спикер называет цифру около 40 тысяч лет ). Выбросив свыше 1000 кубических километров вещества, вулкан погрузил планету в многолетнюю вулканическую зиму. Согласно популяционно-генетическим моделям, человечество прошло через «бутылочное горлышко»: численность популяции Homo sapiens сократилась до 10–15 тысяч особей, поставив вид на грань вымирания, вследствие чего все ныне живущие люди на генетическом уровне приходятся друг другу близкими родственниками .
📡 Прогнозирование и риски: почему Везувий опаснее Йеллоустона 1:01:37
Современная инструментальная вулканология научилась с высокой долей вероятности предсказывать эксплозивные события. Точность прогнозов достигает 90% благодаря комплексному подходу :
- Сейсмический мониторинг. По периметру жерла под углом 120 градусов выставляется минимум три сейсмографа . Поднимающаяся вязкая магма ломает вмещающие породы канала, генерируя серии микроземлетрясений. Анализ времени прихода сейсмоволн позволяет отслеживать скорость всплытия магматического столба с точностью до суток . Накануне Большого трещинного Толбачинского извержения 1975 года ученые безошибочно указали дату прорыва, пригласив на место советских и зарубежных корреспондентов .
- Геодезическая деформация постройки. Под давлением магматического очага вулкан начинает физически «раздуваться». Лазерные дальномеры и спутниковые системы фиксируют миллиметровые изменения геометрии склонов, как это происходило перед катастрофическим взрывом Сент-Хеленс в США в 1980 году .
- Геохимический анализ эксгаляций. Резкий скачок температуры газов выше 100–120 °C и преобладание серных соединений свидетельствуют о близком подходе магмы к дневной поверхности .
При этом популярный в медиа американский Йеллоустон сегодня не демонстрирует признаков подготовки к суперизвержению . Кирьянов отмечает, что скептически относится к приставке «супервулкан», предпочитая строго научное понятие катастрофического извержения . Автоматизированная обсерватория в Йеллоустоне регистрирует параметры плюма, и пока магматический очаг находится глубоко под поверхностью . Даже в случае гипотетического взрыва шлейф пепла будет вытянут высотными струйными течениями атмосферы на восток через Атлантику в сторону Европы, не переходя в Южное полушарие .
Куда более неотложную угрозу таит в себе итальянский Везувий, замерший после своего последнего извержения в 1944 году . Для этого стратовулкана нехарактерны столь затяжные паузы покоя. Чем дольше магматический резервуар накапливает энергию закрытой пробки, тем мощнее окажется неизбежный будущий взрыв. Учитывая, что миллионный мегаполис Неаполь и прилегающие агломерации выстроены непосредственно у подножия и на древних пирокластических толщах горы, новая активизация Везувия рискует обернуться масштабнейшей техногенной и гуманитарной катастрофой в европейской истории .
