Лава прошлогоднего извержения на Ла-Пальме оказалась крайне текучей

На канарском острове Ла-Пальма в 2021 году извергалась очень текучая лава — к такому выводу пришли геологи, понаблюдав за вулканом со смотровой площадки, изучив видеосъемку местного телевидения и проанализировав образцы пепла. Вязкость магмы Кумбре-Вьеха оценили с учетом химического состава, кристалличности и температуры. Работа показала, что вулкан выливал базанит с одной из самых низких вязкостей для исторических извержений на Земле, демонстрируя значения от 10 до 160 паскаль-секунд при температурах от 1200 до 1150 градусов Цельсия. Такая низкая вязкость магмы породила эпизодическое турбулентное течение лавы. Работы опубликована в Nature Communications.

Вязкость магмы оказывает большое влияние на то, как расплав перемещается в земной коре и извергается. Вязкость контролируют температура, химический состав, содержание кристаллов и летучих веществ в магме. При этом вязкость можно оценить невооруженным глазом, наблюдая с какой скоростью она течет. Магмы с низким содержанием кремнезема (менее 45 процентов) имеют особенно высокую текучесть и, оказавшись на поверхности, расползаются со скоростью 10-20 метров в секунду. Такие потоки могут быстро затопить обширные участки земли, разрушить инфраструктуру, а в крайних случаях привести к гибели людей.

Остров Ла-Пальма является частью архипелага Канарских островов, расположенного у западного побережья Африки. Архипелаг включает в себя семь действующих вулканов, происхождение которых связано с активностью мантийного плюма. Последние 125 тысяч лет извержения на Ла-Пальме происходили вдоль хребта Кумбре-Вьеха, вытянутого массива, состоящего из излившихся на поверхность и закристаллизовавшихся на глубине породах. Среди его лав и пепла преобладает базанитовый состав. Такие породы содержат мало кремнезема (менее 45 процентов) и низкую или умеренную концентрацию щелочей (4-8 процентов).

Последнее извержение началось 19 сентября 2021 года из трещины на западном склоне Кумбре-Вьеха. Событию предшествовала неделя повышенной сейсмической активности, когда остров сотрясли 25 тысяч землетрясений. Через несколько часов после первой взрывной фазы, которая подняла облака пепла на высоту более пяти километров, из трещины начала извергаться очень жидкая, быстро продвигающаяся лава. В течение 24 часов образовался трехкилометровый поток, а несколько дней спустя раскаленный расплав начал затоплять город Тодоке. Потокам лавы потребовалось чуть менее десяти дней, чтобы достичь океана. Подробно о поведении вулкана мы рассказывали в материале «Апокалипсис в раю». В общей сложности извержение продолжалось 85 дней.

Вулканологи Джонатан Кастро (Jonathan Castro) и Ив Фейзель (Yves Feisel) из Майнцского университета в Германии решили оценить вязкость лавы Кумбре Вьеха. Они прилетели на Ла-Пальму в ноябре 2021 года и в течение недели наблюдали за извержением на безопасном удалении. Дополнительно ученые использовали материалы канарского телевидения и собрали пять килограмм вулканического пепла для определения содержания основных и рассеянных элементов на электронном микрозонде.

Геологи находились вблизи трещины 18 ноября 2021 года, когда в нескольких десятках метров ниже основной трещины образовалось два новых жерла и по склону побежали потоки очень жидкой лавы. Полевые наблюдения дополнила видеосъемка, которая запечатлела движение лавы более подробно. В лавовых реках можно было рассмотреть стационарные долгоживущие (не менее минуты) невысокие валы, которые почти не перемещались вниз по течению. Вулканологи предположили, что в потоках образовались стоячие волны.

Результаты анализа на электронном микрозонде показали, что магма имеет базанитовый состав. Кроме того, этот базанит является нефелиновым, что помещает его в семейство недонасыщенных SiO₂ магм. Геобарометрия оценила температуру и давление магмы перед извержением в 1150-1200 градусов Цельсия и 10 килобар. Затем вулканологи обратились к моделированию. Оказалось, что базанитовая лава с таким диапазоном температур обладает вязкостью от 50 до 160 паскаль-секунд. Для сравнения: извержение гавайского вулкана Килауэа в 2018 году породило относительно горячую (1140 градусов Цельсия) и текучую магму. Однако оценки ее вязкости (250-1150 паскаль-секунд) на порядок выше, чем вязкость базанита Кумбре-Вьеха 2021 года.

Лава на Ла-Пальме была исключительно текучей. Она преодолевала километры всего за пару часов. Даже после некоторого охлаждения и кристаллизации лава все еще обладала маленькой вязкостью из-за низкого содержания кремнезема в расплаве. Вулканологи описали режим потока с помощью числа Рейнольдса. Оно изменяется от 500 до 2000 и показывает, что некоторые базаниты Кумбре-Вьеха текли как ламинарно, то есть спокойно и без завихрений, так и турбулентно. В этом промежуточном режиме течения эпизоды ламинарного течения сменяют турбулентные всплески.

Полевые наблюдения 18 ноября 2021 года и анализ видеоряда подтверждают сверхнизкую вязкость базанита и высокие значения числа Рейнольдса. Результаты измерений отнесли расплав с Ла-Пальмы к числу наименее вязких магм на Земле. Обычно опасную вулканическую активность связывают с взрывными фазами извержения, однако Кумбре-Вьеха показал, что длительные эффузивные извержения с невязкой магмой могут быть столь же разрушительными и столь же трудными для прогнозирования.

Остров Ла-Пальма давно привлекает внимание исследователей. Еще до событий сентября 2021 года вулканологи проанализировали данные спутниковой интерферометрии за 2006–2020 годы и обнаружили, что под островом активизировалось движение магмы.

Елена Гарова