Землетрясение может стать фактором извержения вулканов, считает международный коллектив ученых, опубликовавший результаты исследования в Journal of Volcanology and Geothermal Research. Коротко о работе рассказывает Science.
Ученые давно заметили, что некоторые вулканические извержения случались после землетрясений, но довольно далеко от их эпицентров. Еще Чарльз Дарвин размышлял, нет ли связи между чилийским землетрясением 1835 года и извержением вулкана Осорно, произошедшим месяц спустя. Сравнительно недавнему извержению Маунт Пинатубо в 1991 году на Филиппинах предшествовало землетрясение магнитудой 7,7, эпицентр которого располагался в ста км от вулкана. В 2009 году вулканологи из Оксфордского университета (Великобритания) выяснили, что частота извержений вулканов в Чили значительно вырастала в течение 12 месяцев, следующие за любым землетрясением магнитудой 8 и более.
Связи между землетрясениями и извержения объясняют разными причинами. То шоковыми волнами, которые вызывают размягчение магмы, а то и подземными толчками, ускоряющими рост пузырей в магме и усиливающими давление магмы. Но почему только некоторые вулканы откликаются на землетрясения? Почему их реакция следует через несколько дней и даже месяцев после толчков? И почему такое разнообразие вулканических событий — от небольших всплесков газа до полноценных извержений?
В новой работе вулканологи под руководством Атсуко Намики (Atsuko Namiki) из Университета Хиросимы (Япония) предложили еще один механизм связи — плескание кипящей магмы. Ученые решили выяснить, какой эффект на жидкий расплав будет оказывать землетрясение. Они смоделировали в лаборатории эффект шоковой волны землетрясения на магматический очаг, используя прямоугольный бак, прикрепленный к трясущемуся столу. Вместо магмы они взяли плотный сахарный сироп и добавляли туда куски пластика разной формы, чтобы смоделировать взвешенные кристаллы горных пород, которые осаждаются в расплаве.
В магматическом очаге расплав расслаивается, поэтому ученые испытали плескание магмы в трех разных состояния: однослойный расплав в открытом баке, слой пенистой магмы в открытом баке и расплав, расслоенный на два слоя, включая поверхностную пену, в закрытом баке.
Выяснилось, что сильное плескание появляется, когда сотрясение бака идет с частотой близкой к частоте, при которой объект вибрирует. В слое пены при этом деформируются пузырьки вплоть до слипания, и тогда пена опадает. Пена с большими пузырями более склонна к опадению. В реальном вулкане этот механизм может увеличить перенос тепла в окружающие породы, усилив давление магмы и даже запустив извержение.
В двухслойной системе пена не просто проваливается. Остатки пены смешиваются с нижележащим слоем жидкости. В реальном магматическом очаге это может вызвать усиление кипения и давления магмы, тем самым увеличивая магматическую активностью. Это объясняет, почему вулканы изливаются месяцы спустя после землетрясения.
Используя результаты моделирования, ученые изучили реальные случаи, когда после землетрясения следовали извержения. Они обнаружили, что для жерла размером более полуметра нужны низкочастотные землетрясения — это помогает объяснить, почему только большие землетрясения способны запустить вулканическую активность. Авторы работы утверждают, что для типичной магмы в трехметровом жерле землетрясение магнитудой 7,5 взывает плескание и опадение пены, даже если очаг расположен в сто км от эпицентра.
Кроме того ученые предложили, что сферические магматические очаги размером в километр под вулканами должны резонировать с сейсмическими волнами, до тех пор, пока плотный слой магмы не заполнит значительную часть резервуара.
