В 2014 году выбросы гелия в Йеллоустоунском парке наделали много шума. Существует теория, что появление этого инертного газа выступает предвестником вулканических извержений, поэтому его большие объемы в районе супервулкана заставили поволноваться не только американцев. Действительно ли гелий появляется перед вулканическим взрывом? И что он может рассказать о вулкане?
Многие ученые полагают, что в будущем химический элемент позволит значительно улучшить мониторинг вулканов, однако в прогнозах нужно учитывать не сам газ в чистом виде, а соотношение его изотопов – гелия-3 (3He) и гелия-4 (4He). Согласно исследованиям, эти разновидности гелия могут появляться из двух источников:
- Из мантии, где первичный газ сохраняется от момента формирования нашей планеты.
- Из земной коры, где он образуется в результате распада тяжелых радиоактивных элементов (тория, урана, актиния).
В мантии преобладает более редкий гелий-3, состоящий из 2 протонов и 1 нейтрона, а в земной коре в большей степени находится гелий-4, включающий в себя 2 протона и 2 нейтрона. При выделении этих двух элементов их можно измерить и определить, проступают ли они из мантии или земной коры. Если в измерительных данных соотношение 3He/4He высокое (преобладает гелий-3), то доминирующим источником является мантия. Если же низкое, то земная кора.
Чтобы понять взаимосвязь между выбросами гелия и вулканическими извержениями, ученые провели исследование вулканического острова Иерро на Канарах и сделали замеры газов по всей его территории. Выяснилось, что выбросы гелия возрастают после землетрясений. По мнению исследователей, подземные толчки создают переломы в земной коре, через которые просачивается газ.
Рост выбросов гелия на Иерро
Вместе с тем, чем ближе магма подбирается к поверхности, тем больше высвобождается гелия и тем выше становится соотношение 3He/4He. Перед извержением на Иерро 12 октября 2011 года выбросы газа на острове возросли с 9 до 24 кг в сутки, а в самом начале вулканической деятельности их объемы достигли максимальных показателей в 38 кг/сутки. Связь между ростом 3He/4He и сейсмичностью была замечена и в районе Мамонтовых гор рядом с кальдерой Лонг-Велли в Калифорнии. Исследователи интерпретируют эту ситуацию как доказательство того, что глубоко в земной коре под кальдерой происходит движение магмы.
Что касается Йеллоустоуна, то здесь несколько иная история. Исследование, проведенное в 2014 году, позволило зафиксировать большие объемы гелия, которые высвобождались в пределах и вокруг кальдеры. Больше всего газов было выброшено на южной окраине супервулкана, в районе гейзерного бассейна Харт-Лейк, однако соотношение 3He/4He здесь невысоко, то есть газы появились не из-за дегазации магмы, а в результате распада тяжелых элементов. Самые высокие показатели 3He/4He зафиксированы в центре и на севере кальдеры, где магма располагается ближе всего к поверхности.
В рамках исследования ученые подсчитали, сколько гелия-4 может производиться в земной коре под Йеллоустоуном в зависимости от содержания в ней урана и тория. Оказалось, что выбросы в районе супервулкана в 600 раз превышают показатели, которые должны быть на самом деле при распаде тяжелых элементов. Это означает, что, скорее всего, гелий под Йеллоустоуном многие миллиарды лет находился в земной коре как в ловушке и никоим образом не связан с магмой под кальдерой. Вероятно, его высвобождение связано с землетрясениями и нагревом магмой земной коры.
Таким образом, выбросы гелия могут быть признаком извержения, а могут и не быть. Всё зависит от соотношения 3He/4Hе и источника дегазации. На примере с Иерро, имеющем высокое соотношение 3He/4Hе, всё дело в движении магмы, в то время как в земной коре Йеллоустоунского парка существуют значительные запасы газа, которые высвобождаются процессами, не приводящими к извержению.
ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ
КАЛЕЙДОСКОП
-->