Извержения изотопов фумарол

В 2022 году вулканы не дали забыть о себе. В начале года Хунга-Тонга-Хунга-Хаапай выбросил в атмосферу высочайший пепловый плюм, осенью на Камчатке проснулась Ключевская сопка. К счастью, большая часть нашей страны не принадлежит к территории с повышенной вулканической опасностью, как Италия или Гавайи, например. Но для Дальнего Востока извержения вулканов — вопрос жизни и смерти. В Японии их 111. В год здесь в среднем бывает 15 вулканический событий, включая извержения. Предсказать эти смертоносные явления очень трудно. Так, в 2016 году при извержении второго по высоте вулкана Японии Онтакэ погибло 65 человек. Обычно предвестником беды служат землетрясения, но в этом случае их не было.

Вулканологи давно обратили внимание на фумаролы. Это отверстия и трещины на поверхности и вблизи вулканов, через которые в спокойное время выходят вулканические газы и пары. Их химический состав может пролить свет на состояние расплавленных пород глубоко под вулканом, а значит, и на опасность приближения магмы. Наблюдения показали, что изотопные отношения некоторых газов могут указывать на ее скрытую активность. Так в 2011 году на Канарах вулканологи выяснили, что отношение He³/He⁴ меняется с характерного для земной коры низкого на присущее мантии высокое. Однако причины не поняты, однозначной интерпретации изотопных отношений нет. Жизнь требует продолжения исследований.

Их провела группа ученых, руководимая профессором Токийского университета Сумино Хирочика (Hirochika Sumino). С 2014 по 2021 год они систематически замеряли изотопные отношения благородных газов и CO₂ из шести фумарол вокруг активного вулкана Кусацу-Сиранэ. Лабораторное оборудование и совершенный масс-спектрометр дали геофизикам возможность надежно фиксировать микроследы мантийного He³, а также соотношение Ar⁴⁰/He³. Компьютерное моделирование показало, что оно связано с интенсивностью дегазации магмы, образованием пузырьков газа и отделением их от ее жидкой части. Объем образовавшейся пены определяет плавучесть магмы и объем газов, которые поступают в природный гидротермальный реактор под вулканом.

Профессор рассказывает, что сбор и доставка газовых проб в лабораторию требуют времени и усилий. Поэтому он разрабатывает портативный масс-спектрометр, который позволит делать экспресс-анализы на месте и быстро предсказывать опасные для людей события. Геофизики также составят подробный протокол анализа проб и инструкции для пользователей. Авторы надеются, что их работа, результаты которой опубликованы в ноябре в Scientific Reports, позволит организовать непрерывный и круглосуточный мониторинг фумарол. (Scientific Reports, 12, 1, 2022)