Эребус — единственный действующий вулкан, находящийся на острове Росса в Антарктиде. Наличие озера лавы в его кратере — уникальное явление для вулканов. Недавнее исследование, проведенное геологами, показало, что лавовое озеро Эребуса поддерживается высоким содержанием углекислого газа в мантии, расположенной под ним.
Это и необычные геологические формации, и уникальные биологические организмы, и сложные климатические явления ледяной щит толщиной в несколько километров, который медленно течет и порождает плавучие льды, и подледные пресные озера, антарктида также представляет интерес для ученых благодаря геологическим особенностям и палеонтологическим свидетельствам древней жизни на континенте. Здесь находится Эребус — действующий вулкан высотой 3794 метра. Он расположен на небольшом острове Росса, вблизи побережья ледяного континента, вместе с несколькими потухшими вулканами. Эребус демонстрирует высокую активность на протяжении длительного времени и постоянно выделяет различные газы.
Этот уникальный вулкан, расположенный среди ледников, представляет собой значительный интерес для геологов и не только. Изучая Эребус, изучение этого вулкана позволяет многое узнать о вулканизме и даже об эволюции континентов. Недавние совместные исследования ученых из Университета Юты (США) и Университета Кентербери (Новая Зеландия) помогли установить причины, по которым магма под Эребусом поднимается на поверхность, превращаясь в лаву и формируя стабильное озеро.
«Гора Эребус является образцом рифтового вулкана, в магме которого содержится большое количество растворенного углекислого газа. Это наблюдение дополняет данные, полученные при изучении других вулканов островных дуг Тихоокеанского огненного кольца и подобных регионов, где преобладает водяной пар», — рассказал один из авторов новой статьи в Nature Communications Грэм Хилл (Graham Hill).
Геологи утверждают, что для оценки баланса летучих газов на Земле критически важно понимать процессы, протекающие внутри вулканов обоих типов: как содержащих углекислый газ, так и насыщенных водяным паром. Обмен газами между мантией и поверхностью планеты определяется как внедрением материала земной коры вглубь, так и возвращением вещества на поверхность.
Эребус, единственный вулкан, проявляющий активность в Антарктиде, также классифицируется как «углекислотный» вулкан. Однако это еще не самое необычное: в его кратере непрерывно поддерживается озеро, состоящее из лавы диаметром лавовые озера формируются нечасто: такие образования свойственны лишь немногим из более чем 1300 вулканов на Земле. В новой научной работе авторам удалось установить взаимосвязь между этими двумя характеристиками вулкана Эребус. Выяснилось, что лавовое озеро на Эребусе существует благодаря потокам углекислого газа, содержащимся в магме.
Магма представляет собой смесь расплава и кристаллов, которая может перемещаться в земной коре. Поднимаясь, магма иногда достигает поверхности, но не всегда это удается. Причина в том, что по мере приближения к поверхности давление литосферы значительно снижается, что приводит к высвобождению воды из магмы. В результате, остатки магмы застывают, не достигнув поверхности и обычно располагаясь на глубине около пяти километров.
Прямое изучение процессов, протекающих в глубоких слоях земной коры и в мантии, представляет собой сложную задачу. Получение образцов с такой глубины практически невозможно. В подобных ситуациях ученые используют геофизические методы, которые аналогичны компьютерной томографии, позволяющей оценить внутреннее состояние человека без инвазивного вмешательства. Среди геофизических методов сейсмические являются наиболее востребованными – они позволяют определить характеристики горных пород на основе анализа прохождения или отражения сейсмических волн. Эти методы применяются, в частности, при поиске нефтяных и газовых месторождений.
Из-за отсутствия природных очагов сейсмической активности в районе Эребуса, сейсмоакустические исследования оказываются неэффективными. В связи с этим, исследователи перешли к альтернативному геофизическому методу — магнитотеллурическому зондированию. В его основе — детектирование естественного электромагнитного излучения, которое создают Солнце и разряды молний. Большинство этих электромагнитных волн распространяются только в воздухе, но некоторые все же проникают внутрь Земли, взаимодействуют с горными породами и возвращаются к поверхности, где их поджидают геологи, вооруженные особыми магнетометрами.
Изменение скорости электромагнитных волн при их прохождении через горные породы и минералы связано с их электропроводностью. Магнитотеллурическое зондирование, проведенное в различных точках острова Росса, предоставило ученым возможность точно воссоздать процессы, происходящие под вулканом на глубине до 100 километров. Полученные данные магнитотеллурического зондирования указывают на наличие канала, резко уходящего в мантию и характеризующегося высокой электропроводностью. В нижней части коры канал меняет наклон, становясь более пологим, прежде чем достигнуть неглубоких магматических камер и лавового озера. Авторы исследования отмечают, что данный изгиб можно рассматривать как своего рода «защитный клапан», регулирующий потоки магмы и углекислого газа, которые пополняют и подогревают расположенную выше фонолитовую камеру, содержащую магму.
Изучение этих потоков «газированной магмы» позволит лучше понять строение нашей планеты. Как отметил Фил Уонамейкер, понимание механизмов переноса веществ в вулканах, насыщенных углекислым газом, и факторов, ими определяемых, позволит оценить объемы и масштабы транспортировки летучих компонентов по всей Земле).