Симфония № 6. Углерод и эволюция почти всего - Роберт Хейзен
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Вулканы непредсказуемы: они могут спать спокойно долгое время — годы, десятилетия, а затем начать извергаться с внезапной яростью. Вулканологи стекаются в эти опасные зоны, особенно во времена повышенной активности. Неудивительно, что вулканология — одна из самых смертельно опасных областей науки. Небольшое сообщество вулканологов, состоящее всего из нескольких сотен исследователей, понесло более 20 утрат в период между 1980 и 2000 гг.
Спросите вулканолога, и он расскажет вам истории о погибших друзьях. Дэвид Джонстон из Геологической службы США погиб в возрасте 30 лет утром 18 мая 1980 г., когда его наблюдательный пост в 9 км от кратера вулкана Сент-Хеленс[31] накрыло огромное извержение{106}. Его последними словами, переданными по радиосвязи, были: «Ванкувер! Ванкувер! Вот оно!». В тот роковой день Джонстон сменил на дежурстве своего коллегу Генри Гликена, 11 лет спустя тоже погибшего — при извержении вулкана Ундзэн в Японии. Его убил взрыв раскаленных газа и пепла, также унесший жизни французских вулканологов Кати и Мориса Крафт{107}. Извержение вулкана Галерас в колумбийских Андах 14 января 1993 г. оказалось еще более смертоносным{108}. В полевой экспедиции, которая должна была стать основной темой конференции по вулканологии, шестеро ученых и их спутники погибли под валом раскаленных булыжников, лавы и пепла, образованным внезапным извержением. Руководителя экспедиции, сорокалетнего Стэнли Уильямса из Университета штата Аризона, также чуть не убило. Один из летящих булыжников сломал ему обе ноги и почти оторвал правую ступню. Второй камень — размером с бейсбольный мяч — разбил ему череп, да так, что фрагменты кости застряли глубоко в мозге.
Почему же вулканологи отваживаются ступать на эти смертоносные территории, хорошо зная, что каждый их шаг в тени действующего вулкана может стать последним? Они вам это объяснят не колеблясь. Вулканы представляют собой одно из самых поразительных природных зрелищ, позволяющих заглянуть в глубокие активные недра Земли. Вулканологам доводится лицезреть самые отдаленные и красивые места на Земле; эти декорации, от которых захватывает дух, для некоторых становятся поистине духовным опытом, способным изменить их жизнь. Но вот что самое здесь важное: умение понимать поведение этих беспокойных гор, прогнозировать их извержения необходимо для более полумиллиарда людей, которые живут в шаговой доступности от действующих вулканов. И в этих поисках ключом является углерод.
Кора против мантии
Вулканолог Мари Эдмондс годами изучает действующие вулканы — а началось ее увлечение в 1980 г. с телевизионной передачи BBC об извержении вулкана Сент-Хеленс{109}. «Мне было всего пять лет, — рассказывает она, — но у меня остались яркие воспоминания о рядах поваленных деревьев, вырванных с корнем боковой ударной волной». Подбадриваемая своей семьей и преподавателями, Мари серьезно занималась наукой и музыкой (как концертирующая пианистка). Наука взяла верх, но тогда Эдмондс стала разрываться между изучением Земли и астрономией (Мари хотела стать астронавтом), пока геология не победила в предвыпускной год.
Работая ныне в Кембриджском университете, где в свое время она окончила бакалавриат, а потом получила и степень PhD, Эдмондс ведет жизнь, полную приключений. После защиты диссертации Мари работала в вулканических обсерваториях на Карибах и Гавайях и участвовала в экспедициях на многие действующие вулканы: пробудившийся в 2004–2005 гг. Сент-Хеленс, извергавшуюся в 2006 г. Августину на Аляске и исключительно опасный Суфриер-Хиллс на карибском острове Монтсеррат. Полевая работа Эдмондс была временами весьма рискованной. Непредсказуемые взрывные извержения Суфриер-Хиллс были достаточно серьезными, но самую большую опасность представляли неисправные вертолеты. «Как-то дверь вертолета, которая была прямо рядом со мной, отвалилась и пролетела в десятке сантиметров от хвостового винта, чуть не задев его. В другой раз один из двигателей заглох. Мы делали много такого, чего я определенно не стала бы делать сейчас, когда у меня есть дети, которые во мне нуждаются!»
В своих изысканиях Эдмондс фокусирует внимание на том, что возвращается обратно наверх. В одном важном исследовании, опубликованном в журнале Science в 2017 г., Эдмондс работала с другой выпускницей Кембриджа — Эмили Мейсон (которая сейчас готовится к получению степени PhD), изучая углерод, выбрасываемый отдельным семейством островодужных вулканов — цепочки вулканических островов, которые формируются там, где сталкиваются две океанические литосферные плиты{110}. Когда в зоне субдукции одна плита ныряет под другую, влажные погребенные породы нагреваются, частично плавятся и образуют магму, которая поднимается, выстраивая изогнутую линию вулканов; примером этого служат Алеутские острова на Аляске. Эта цепочка длиной в 1770 км включает в себя десятки вулканов, иные из которых извергаются чуть ли не каждый год. Все эти величественные пики испускают углекислый газ. Эдмондс и Мейсон захотели узнать его источник.
Исследовательницы сосредоточили свое внимание на изотопах. Я о них уже много говорил выше. Тяжелый углерод, в котором содержание углерода-13 выше среднего, происходит из карбонатных минералов, которые разложились до CO2 под действием тепла. Более легкий углерод образовался, вероятно, биологическим путем — посредством разложения некогда живых клеток. Но сами по себе изотопы углерода не дают полной картины, поскольку все тяжелые карбонаты выглядят одинаково, будь то подвергшиеся субдукции, а затем вновь поднявшиеся из глубин, или гораздо более поверхностные, которые случайно оказались на пути горячей магмы.
Эдмондс и Мейсон решили проблему глубины происхождения карбонатов, вглядевшись в изотопы гелия: более легкий гелий-3 приходит из мантии Земли, тогда как гелий-4 сконцентрирован скорее в коре. Во многих вулканических зонах, включая Италию, Индонезию и Новую Гвинею, исследовательницы обнаружили характерные признаки тяжелого гелия, указывающие на известняк земной коры — т.е. не участвовавшие в субдукции карбонаты — как главный источник извергаемого углекислого газа.
Это очень важный вывод. Если солидная доля углекислого газа, выбрасываемого из вулканов, имеет поверхностное происхождение, тогда получается, что большое количество переработанного на глубине углерода не выходит обратно наверх через вулканы. А значит, в зонах субдукции погружается и изымается из оборота намного больше углерода, чем мы ранее думали. «Мы поймали немного углерода, которого не было в исходном уравнении, — объясняет Эдмондс. — Так что вывод такой: в мантию может возвращаться больше углерода, чем считалось раньше».
Предсказание извержений с помощью углерода{111}
Сегодня Земля может похвастаться более чем 2000 вулканов, львиная доля которых классифицируется как спящие: это значит, что они время от времени выбрасывали лаву и пепел в течение минувших нескольких тысячелетий, но маловероятно, что снова взорвутся в
