Тихие вулканы скрывают двойную жизнь: внутри идёт борьба, которая меняет извержения

Поднимаясь из недр Земли, магма переживает долгий путь, на протяжении которого в ней формируются процессы, определяющие будущую силу извержения. Долгое время считалось, что решающим фактором остаётся лишь падение давления: чем быстрее магма поднимается и чем сильнее падает внешнее давление, тем активнее в ней возникают газовые пузырьки. Однако ряд загадочных случаев — когда взрывоопасные вулканы неожиданно извергали тихие, вязкие потоки — долго не давал учёным покоя. Новые исследования, выполненные международной группой специалистов, проливают свет на то, как именно движение магмы меняет её поведение, превращая разрушительные взрывы в спокойные выбросы лавы.

Как классическая теория объясняет происхождение пузырьков

Многие десятилетия существовало простое и наглядное объяснение: в глубине вулкана давление настолько велико, что газы остаются растворёнными в расплавленной породе. Но стоит магме подняться выше, как давление резко падает — и газы мгновенно образуют пузырьки. С ними магма становится легче и поднимается быстрее, а иногда накапливающееся газовое усилие разрывает её на части, создавая мощное извержение.

Этот процесс часто описывают через знакомый пример — бутылку шампанского. Пока пробка закрыта, газ растворён в напитке под давлением. Но стоит пробке сдвинуться — и пузырьки моментально освобождаются, выталкивая жидкость наружу. Вулканологи долгое время считали, что магма ведёт себя точно так же.

Однако практика не всегда укладывалась в эту концепцию. Вулканы Сент-Хеленс (США) и Кизапу (Чили) демонстрировали неспешные потоки лавы, несмотря на высокий уровень газонасыщенности магмы. Новый подход к объяснению этих противоречивых случаев оказался связан не с давлением, а с механикой движения расплава.

Новый механизм: почему сдвиг важен так же, как и давление

В журнале Science исследователи представили результаты работ, которые выявили дополнительный механизм образования пузырьков — действие сдвиговых сил. Когда магма движется вверх, её слои скользят друг относительно друга: центральная часть поднимается быстрее, а у стенок канала магма движется медленнее. Это неравномерное течение создаёт сильные внутренние деформации, способные запускать образование пузырьков.

Чтобы представить этот процесс, достаточно вспомнить, как перемешивается густой мёд. Там, где ложка движется сильнее, возникают зоны ускоренного растяжения, и жидкость ведёт себя иначе, чем у стенок. В вулканическом канале всё происходит по схожему принципу.

"Наши эксперименты показали, что движение магмы под действием сдвиговых сил достаточно для образования газовых пузырьков — даже без падения давления", — сказал профессор вулканологии и магматической петрологии Оливье Бахманн.

Учёные установили, что пузырьки особенно активно формируются в зоне, где сдвиг достигает максимума — у стенок магматического канала. Несколько ранних пузырьков ускоряют появление новых, а магма с большим содержанием растворённого газа требует совсем небольших механических усилий для запуска процесса.

Почему "тихие" извержения встречаются даже у взрывоопасных вулканов

Когда магма содержит немного растворённых газов, но испытывает сильное сдвиговое воздействие, пузырьки возникают внезапно. Они приводят к резкому росту давления, а значит — к мощному всплеску активности.

Но в случае вязкой и богатой газом магмы сдвиг действует иначе: он способствует тому, что пузырьки формируются раньше, глубже и соединяются в каналы, через которые газ выходит заранее, не успевая накопить критическое давление. Это превращает потенциально взрывной вулкан в источник медленных потоков.

"Таким образом, мы можем объяснить, почему некоторые вязкие магмы медленно вытекают, а не взрываются, несмотря на высокое содержание газа — загадка, которая долгое время ставила нас в тупик", — пояснил Бахманн.

Именно это наблюдалось на Сент-Хеленсе в 1980 году: до катастрофического взрыва вулкан демонстрировал спокойный, вязкий поток, вызванный ранней дегазацией магмы. Лишь внезапное разрушение конуса привело к резкому снижению давления и переходу к взрывной фазе.

Что показали лабораторные эксперименты

Чтобы проверить гипотезу о сдвиговом механизме, учёные создали лабораторную модель, в которой использовали вязкую жидкость, насыщенную углекислым газом. Эксперименты выявили, что пузырьки возникают на строго определённом пороге сдвига. Если газонасыщенность исходной жидкости высока, порог снижается. Уже существующие пузырьки также ускоряют появление новых.

Далее исследователи объединили физические эксперименты с компьютерными моделями реальных вулканов. Так удалось проследить за тем, как именно магма взаимодействует со стенками канала. Выяснилось, что там, где наблюдается сильный сдвиг, скорость образования пузырьков растёт особенно быстро.

Как новые данные улучшат прогнозы вулканической активности

Полученные результаты не просто расширяют понимание вулканической природы — они меняют подход к прогнозированию опасных событий. Современные модели учитывают главным образом давление, игнорируя динамические механические процессы, происходящие в магматических каналах.

"Чтобы лучше прогнозировать потенциальную опасность вулканов, нам необходимо обновить наши модели вулканов и учесть сдвигающие силы в каналах", — заявил Бахманн.

Добавив в расчёты влияние сдвига, вулканологи смогут более точно анализировать риск внезапных взрывов, оценивать этапы дегазации и понимать, почему вулканы с похожими условиями дают разный характер извержений.

Сравнение: классическая модель vs модель с учётом сдвига

Советы шаг за шагом

Ниже — таблица с практическими рекомендациями, которые используют вулканологи, геологи и специалисты по мониторингу активных вулканов.

Ошибка → Последствие → Альтернатива

• Ошибка: анализировать магму только по уровню давления.
  Последствие: высокий риск внезапного взрыва, недооценка ранней дегазации.
  Альтернатива: применять модели течения, учитывать сдвиг и газовые каналы.
• Ошибка: игнорировать данные о вязкости и структуре потока.
  Последствие: неверные выводы о скорости подъёма магмы.
  Альтернатива: использовать термодатчики, мониторинг температуры стенок.
• Ошибка: не учитывать взаимодействие магмы со стенками канала.
  Последствие: пропуск ранних признаков пузырькообразования.
  Альтернатива: применять визуализацию каналов, данные георадара.

А что если…

…вулкан с "мирной" историей способен на внезапный взрыв?
Такое возможно, если ранняя дегазация не произошла или движение магмы резко ускорилось. Сдвиговые процессы могут сместить ситуацию как в сторону спокойного истечения, так и в сторону взрывной активности.

Плюсы и минусы нового подхода

FAQ

Как выбрать метод наблюдения за вулканом?
Ориентируются на тип магмы, историю активности и доступность оборудования: иногда достаточно спутниковых снимков, иногда нужны глубокие датчики.

Сколько стоит современный мониторинг вулканов?
Цена комплексной системы может достигать миллионов долларов, включая сейсмостанции, газовые сенсоры и спутниковую аппаратуру.

Что лучше для прогноза: давление или анализ сдвига?
Оптимален комбинированный подход: давление даёт общую картину, а сдвиг объясняет локальные процессы и риск внезапных событий.

Мифы и правда

Миф: если магма богата газом, вулкан всегда взорвётся.
Правда: при сильных сдвиговых процессах ранняя дегазация снижает риск взрыва.

Миф: пузырьки в магме формируются только из-за падения давления.
Правда: механический сдвиг тоже способен создавать их.

Миф: медленный поток лавы всегда безопасен.
Правда: он может быть признаком внутренней нестабильности.

Сон и психология

Связь человека с природными катастрофами часто отражается в снах. Считается, что сновидения о вулканах могут символизировать накопившееся напряжение или стремление к изменениям. Психологи отмечают, что подобные образы связаны с ощущением внутреннего давления и последующего "высвобождения" — то есть отражают механизмы, схожие с теми, что происходят в самой магме.

Три интересных факта

1. Вязкость магмы может различаться в миллионы раз — от почти жидкой базальтовой до густой риолитовой.

2. Газовые пузырьки могут объединяться в целые "трубки", по которым газ уходит вверх.

3. Вулканологи используют высокоскоростные камеры, способные фиксировать пузырькообразование в реальном времени.

Исторический контекст

1. 79 год н. э.: извержение Везувия привело к гибели Помпей — тогда давление играло ключевую роль.

2. 1902 год: Мон-Пеле разрушил Сен-Пьер — пример быстрого газового выброса.

3. 1980 год: Сент-Хеленс показал, как сдвиг и оползень могут радикально изменить сценарий.