Вулканологи рассчитали выбросы диоксида серы по спутниковым снимкам Sentinel-5 до, во время и после извержения вулкана Вакаари 9 декабря 2019 года. Увеличение выбросов SO2 было зафиксировано за несколько дней до взрыва, а за 40 минут до взрыва эмиссия газа выросла с 10 до 45 килограммов в секунду. Работа демонстрирует, что анализ динамики извержений с высоким временным разрешением теперь возможен для небольших взрывов.Исследование опубликовано в Science Advances.
В вулканически активных районах распространены гидротермальные системы, подземные резервуары воды и пара. Они берут тепло и летучие вещества из раскаленного магматического тела, а на поверхность выходят в виде геотермальных источников или фумарольных газов. Обычно гидротермальные системы сложены проницаемыми породами, которые перекрыты менее проницаемой толщей. Такое строение создает ловушку для перегретой воды. При изменении давления или проницаемости пород может произойти гидротермальный взрыв, а если вовлечена магма — фреатическое извержение. Такие взрывы чаще всего небольшие, но представляют опасность для людей поблизости. Мониторинг эмиссий газов помогает отслеживать изменения в системе и прогнозировать извержения.
Основными компонентами вулканических газов являются водяной пар и углекислый газ, но мониторинг сосредоточен на измерениях выбросов диоксида серы. Это связано с простотой сбора данных: SO2 легко обнаружить в ультрафиолетовом диапазоне и в отличие от CO2 и H2O у него низкие фоновые концентрации в атмосфере. Наземный мониторинг эмиссий диоксида серы регулярно проводится на 50 вулканах. Глобальный охват помогают обеспечить орбитальные спутники, но раньше их чувствительность к SO2 была недостаточной для измерения дегазации маленьких вулканов.
Исследователи из Великобритании и Новой Зеландии под руководством Майка Бертона (Mike Burton) из Манчестерского университета изучили выбросы диоксида серы до, во время и после извержения вулкана Вакаари 9 декабря 2019 года. Для этих целей ученые использовали данные многоспектрального датчика TROPOMI на борту аппарата Sentinel-5. Инструмент может улавливать аэрозоли с содержанием в атмосфере до 2 единиц Добсона, а его пространственное разрешение составляет 3,5 × 5,5 километров. Траектория движения газового облака вулкана Вакаари была рассчитана с учетом модели ветра.
Остров Вакаари расположен в 48 километрах к северу от побережья Северного острова Новой Зеландии. Этот подтопленный стратовулкан лежит на окраине вулканической зоны Таупо, активность которой связана с погружением Тихоокеанской плиты под Австралийскую. Горячие источники и фумаролы в кратере выделяют высокотемпературные фумарольные газы. С конца 1960-х годов вулканическая история Вакаари состоит из коротких периодов покоя и извержений. После затишья в 2000-х годах наступил вулканически активная фаза с кульминацией в 2019 году. 9 декабря в 14:11 по местному времени началось фреатическое извержение и продлилось две минуты. Стратовулкан выплюнул облако пепла и газа на высоту четыре километра. В момент взрыва на острове находилось 47 туристов. 11 человек погибли на месте, ещё 11 скончались от ожогов в больнице.
Анализ данных TROPOMI указал на увеличение выбросов диоксида серы за 40 минут до взрыва. На этом временном отрезке эмиссии выросли с 10 до 45 килограммов в секунду. Исследователи наложили значения выбросов на ряд сейсмических данных и обнаружили, что пик эмиссий предшествует взрыву. Также были изучены снимки за месяц до и после извержения для оценки аномальности выбросов SO2 9 декабря 2019 года. Средние значения выбросов газа в ноябре составили 2 ± 2,1 килограмма в секунду с максимумом четыре килограмма в секунду 30 ноября. После взрыва средние значения эмиссий диоксида серы не превышали 3,6 ± 1,6 килограмма в секунду.
Интенсивная дегазация может предупреждать о готовности вулкана ко взрыву, и изменение давления с проницаемостью пород приводит к извержению. Авторы считают, что причиной роста эмиссий диоксида серы за 40 минут до извержения стало разрушение резервуара гидротермальной системы, который удерживал газ под давлением. 9 декабря вулкан не смог быстро вывести накопившийся газ, чтобы уменьшить избыточное давление, что и привело к взрыву.
Шлейф извержения Вакаари с массой SO2 165 тонн это самое маленькое облако вулканического газа, которое было определено дистанционными методами. Работа демонстрирует, что анализ динамики извержений с высоким временным разрешением теперь возможен для небольших взрывов. Исследователи отмечают, что переход от интенсивной дегазации к извержению трудно предсказать только по эмиссиям газа. Однако в сочетании с геофизическими наблюдениями выбросы диоксида серы помогут своевременно обнаружить предвестников извержения.
Ранее мы писали о мониторинге активных вулканов с помощью дронов, моделировании извержений в желатине и изучении подводных вулканов методом картирования рельефа морского дна.
Елена Гарова
Об этом геологам рассказали повторные датировки пород из богатейшего месторождения розовых алмазов
Геологи уточнили возраст и определили условия формирования австралийского алмазоносного месторождения Аргайл. Лампроитовая трубка, которая до 2020 года была главным мировым источником редких и ценных розовых алмазов, образовалась 1,31–1,26 миллиарда лет назад. Это произошло во время распада древнего суперконтинента Нуна на одном из участков континентального рифтинга, где происходило растяжение литосферы, сообщает статья в журнале Nature Communications. Месторождение Аргайл в округе Кимберли (Западная Австралия) представляет собой систему сросшихся диатрем ― трубкообразных каналов, образованных прорывом вулканического газа. В отличие от других богатых алмазоносных месторождений, трубка Аргайл заполнена не кимберлитами, а ультраосновными лампроитовыми породами. Внедрения в кору высокощелочных лампроитовых магм встречаются и на древних платформах, и в складчатых поясах, тогда как кимберлитовые интрузии характерны для платформенных обстановок. Месторождение Аргайл располагается в зоне древнего складчатого пояса Холлс-Крик на краю кратона Кимберли, и геологи полагают, что этот пояс сформировался приблизительно 1,837–1,808 миллиарда лет назад. Как правило, лампроитовые трубки взрыва не несут большого количества алмазов, но Аргайл ― это исключение. До прекращения разработки в 2020 году месторождение давало в среднем восемь миллионов карат (1600 килограмм) ежегодно. Около пяти процентов добычи составляли камни ювелирного качества, и среди них ― чрезвычайно редкие и ценные розовые и красные алмазы. Аргайл обеспечивал свыше 90 процентов мировой добычи этих камней. Своей окраской они обязаны дефектам структуры кристаллов из-за пластических деформаций, которые могли возникать при воздействии различных тектонических факторов. Однако происхождение лампроитовой диатремы, возраст которой геологи оценивали в 1126 ± 9 миллионов лет, до сих пор оставалось неясным. Чтобы выяснить историю формирования этого необычного месторождения, Хьюго Олирук (Hugo K. H. Olierook) из Университета Кёртина в Перте совместно с коллегами из Австралии, Великобритании и Китая предприняли повторное датирование лампроитов в алмазосодержащем керне из трубки Аргайл уран-свинцовым методом. С помощью масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой с лазерной абляцией были проанализированы включения обломочного циркона и обломочного апатита для определения максимального возраста пород, а также включения гидротермального титанита, что позволило установить минимальный возраст. Дополнительно титанит был датирован с применением масс-спектрометрии с термической ионизацией в сочетании с изотопным разбавлением, а циркон и апатит проанализировали уран-торий-гелиевым методом. Для образцов апатита, который кристаллизовался в глубинном магматическом очаге, ученые получили распределение датировок в пределах 1900–1820 миллионов лет назад. Средневзвешенное значение возраста самых молодых образцов составило 1828 ± 6 миллионов лет. Анализы зерен обломочного циркона дали основной пик на отметке времени 1870 миллионов лет назад. Эти результаты позволяют судить о том, когда начали формироваться лампроиты Аргайл. Наиболее молодые цирконы имеют возраст 1311 ± 9 миллионов лет. Эта дата ― самый ранний момент, когда могло произойти внедрение магмы в трубку взрыва. Верхнюю хронологическую границу этого события дает датировка гидротермального титанита, который образовался в конечной стадии кристаллизации магмы, вскоре после ее внедрения в трубку: 1257 ± 15 миллионов лет назад. Таким образом, трубка Аргайл оказалась более чем на 100 миллионов лет старше, чем считалось ранее. Авторы исследования сопоставили полученные результаты с реконструкцией тектонической обстановки, построенной с учетом палеомагнитных данных. Около 1,8 миллиарда лет назад сформировался суперконтинент Нуна (Колумбия), и приблизительно в это же время возникает складчатый пояс Холлс-Крик. Источником мощных пластических деформаций, породивших розовые алмазы месторождения Аргайл, могли стать коллизионные процессы, которыми сопровождалась сборка Нуны. Суперконтинент распался около 1,3–1,2 миллиарда лет назад, и, по-видимому, именно с распадом Нуны было связано образование алмазоносной лампроитовой трубки. Она возникла в результате ослабления литосферы на участке континентального рифтинга на северо-восточной окраине Нуны, где в то время располагался древний Австралийский континент, причем растяжение шло по старому «шву» между плитами. В ослабленную зону устремились вулканические газы, а затем трубку взрыва заполнила лампроитовая магма, обогащенная розовыми алмазами. Олирук и его коллеги полагают, что предложенный ими сценарий не уникален. Связь между процессами распада суперконтинентов и возникновением алмазоносных месторождений уже отмечалась геологами ― например, распад Нуны и последовавший вскоре после него пик кимберлитового магматизма в Южной Африке. Однако значение этого явления оставалось недооцененным. По-видимому, активизация тектонических процессов и вызванные ею локальные растяжения литосферы закономерно влекут за собой дестабилизацию летучих компонентов мантийного вещества с последующим быстрым подъемом богатых летучими мантийных расплавов. Ранее N + 1 рассказывал о том, как результаты анализа цирконов снизили роль тектоники плит в формировании суперконтинента Нуна, а также о том, что крупнейший за последние три века розовый алмаз был найден в Анголе.