Исландия: естественная лаборатория для изучения Земли

Уникальное геологическое происхождение острова делает его настоящим исследовательским центром.

Национальный парк Тингвеллир — одно из обязательных мест для посещения в Исландии. Он расположен в юго-западной части острова, примерно в 45 километрах от столицы, Рейкьявика, и вместе с водопадом Гуллфосс и долиной гейзеров Хаукадалар формирует так называемый «Золотой круг» — наиболее популярный туристический маршрут в Исландии. Он стал первой природоохранной территорией страны, которую Юнеско в 2004 году признало достоянием человечества.

Ландшафты, представленные в парке, поражают разнообразием: трещины, ущелья, водопады, реки, озера — настоящее святилище для исландцев. Именно здесь был основан первый в Европе парламент в 930 году и там же можно невооруженным глазом наблюдать, как Европа отдаляется от Северной Америки примерно на два сантиметра в год.

«Ты можешь поставить одну ногу на Северо-Американскую тектоническую плиту, а вторую — на Евразийскую и сказать, что прямо под тобой находится срединно-океанический хребет. Такое встречается не часто», — рассказывает Хосе Луис Фернандес-Туриель (José Luis Fernández-Turiel), сотрудник Высшего совета по научным исследованиям Испании и директор Института наук о Земле им. Жауме Алмеры.

Исландия вообще уникальное место, планетная аномалия. Она расположена на Срединно-Атлантическом хребте, прямо над областью расхождения Северо-Американской и Евразийской тектонических плит. В таких областях, где двигаются и сталкиваются фрагменты, формирующие литосферу — поверхностный твердый слой нашей планеты, часто наружу из недр Земли вырывается полурасплавленное вещество — магма.

Если на пути к поверхности она сталкивается с континентальной плитой, образуется вулкан; если же плита океаническая, то вода быстро остужает выходящую магму, и она застывает. Несмотря на то, что образуется новый твердый материал, он редко формирует новые острова, поскольку равномерно растекается по океанической коре. Это происходит оттого, что, как объясняет Фернандес-Туриель, «скорость расхождения плит слишком велика, чтобы привести к этому. Такой крупный вулканический остров, как Исландия, в этом смысле — исключение, ставшее возможным в силу аномально большого выхода магмы».

Почему образуется такое количество магмы, которое заставляет остров расти не только в высоту, но и по периметру, для ученых остается загадкой. Вдоль всего океанического хребта есть только еще один подобный остров напротив берегов Бразилии, но гораздо меньшего размера. «Помимо уникального расположения Исландии прямо на хребте должен быть еще какой-то фактор, определяющий такой обильный магматизм. Геофизики предполагают, что речь идет о так называемой «горячей точке», — сообщает ученый.

Горячими точками называют районы постоянного вулканизма, вызванного термической аномалией в некоторых местах земной коры, «слабые зоны коры, способствующие движению магматических потоков к поверхности». Такие точки встречаются в различных регионах Земли, они возникают над горячими мантийными потоками, или плюмами, идущими от ядра планеты с глубины почти три тысячи километров.

«Вулканы, образовавшиеся над горячими точками, как Исландия, Гавайи или Самоа, чрезвычайно интересны для ученых, поскольку состав лавы в них иной, чем в вулканах в других районах мирового океана, где формируется новая кора в месте расхождения тектонических плит», — говорит в ходе видео-конференции Барбара Романович (Barbara Romanowicz), научный сотрудник Калифорнийского университета в Беркли и автор исследования, недавно опубликованного в журнале Science. Она приходит к выводу, что под Исландией есть гигантский резервуар расплавленной породы, питаемый мантийным плюмом, который в свое время и сформировал остров.

Чтобы прийти к такому заключению, ученые-геофизики использовали сейсмические волны. Подобно рентгеновскому излучению, они помогают дополнить образ «центра Земли», нарисованный Жюль Верном в его фантастическом романе, достигнуть которого герои собирались как раз через кратер исландского вулкана Снайфедльс. «Мы использовали технику сейсмической томографии, очень похожую на ту, которую в медицине используют, чтобы увидеть мозг», — поясняет Романович. Ученые собрали данные о землетрясениях почти 400 сейсмологических станций и на их основании рассчитали скорость сейсмических волн при прохождении сквозь различные участки земной коры. Затем была применены математические модели.

В некоторых точках, расположенных между мантией и земным ядром на глубине 2 900 км, были обнаружены скопления полурасплавленной породы в основании плюмов. «На таких аномальных участках волны распространяются на 10-30% медленнее», — объясняет Романович. Это связано с температурой вещества — чем она выше, тем плотнее вещество и тем медленнее скорость сейсмической волны в нем.

«Это странно. Наверняка должно быть взаимодействие с ядром Земли, состоящим из железа и подпитывающим эти аномальные скопления, что объясняет увеличение плотности», — говорит геофизик Жауме Понс (Jaume Pons), профессор кафедры физики Земли университета Барселоны. «Исландия состоит из мантийных пород, которые происходят, возможно, из самых глубинных слоев планеты, — добавляет Жорди Диас (Jordi Díaz) из Института наук о Земле им. Жауме Алмеры. — Ее вулканы подобны открытым окнам вглубь Земли».

Вулканы, питаемые плюмами, всегда представляли загадку для науки, изучающей тектонику плит, отмечает Понс. Хорошая возможность приблизиться к разгадке представилась в 1963 и 1967 годах, когда исландцы стали свидетелями образования нового острова на юго-западном побережье — Сюртсея.

Он возник в результате серии извержений подводного вулкана на глубине 130 метров. Несмотря на то, что его площадь не превышает 1,3 квадратных километров, он представляет собой уникальную первозданную территорию планеты, доступ на которую имеют только ученые. С момента начала своего формирования остров был предметом исследований, сначала вулканологов и геофизиков, а затем биологов, которые изучают появление жизни на бесплодной скале.

Последнее было запущено этим летом и, если все пойдет по плану, в самое сердце острова, состоящего из черных базальтовых пород, на глубину 200 метров будут опущены два зонда, чтобы установить, как формируются такие вулканические острова, когда и как их начинают заселять микроорганизмы и какую роль играет биосфера глубоких слоев коры в создании экосистем. Один из зондов будет расположен параллельно другому, установленному в 1979 году на глубине 181 метр, с целью сравнить популяции микробов и посмотреть, как они изменились за это время. Ученые проанализируют также биогеографическую эволюцию новорожденных островов, определив сроки их колонизации морскими птицами. Другой зонд будет исследовать, как горячая вода просачивается через трещины кратеров вулканов, создавших остров.

Каналы для обоих зондов будут пробурены на участках морского дна, не затронутых извержениями 60-х годов, на глубине около 190 метров. Одновременно ученые планируют узнать больше о структуре вулкана, увидеть, как расположены его слои под морским дном и как смесь горячей воды и гидротермальных минералов, образующихся в вулканической породе, уменьшает их пористость, а значит, помогает противостоять эрозии. Помимо всего прочего, результаты исследования смогут дать информацию к размышлению инженерам, разрабатывающим материалы повышенной прочности, как цемент, из которого строят контейнеры для радиоактивных отходов.

Песнь льда и огня

20 марта 2010 года началось извержение вулкана Эйяфьятлайокудль на юге Исландии. Спустя пару недель произошел выброс в атмосферу большого объема вулканического пепла, состоящего из частиц породы, стекла и песка. Облако пепла распространилось над Европой, что привело к закрытию воздушного пространства из-за опасений, что он может повредить турбины и моторы самолетов. Было отменено около 100 тысяч рейсов, пострадали миллионы пассажиров, а авиакомпании понесли колоссальные убытки.

Впрочем, это был не первый раз, когда извержение вулкана на далеком острове погрузило в хаос европейский континент. В 821 году это сделал вулкан Катла, один из самых крупных и активных в Исландии, тоже в южной части острова, который сейчас спит под слоем льда толщиной 700 метров.

В начале 820 года его извержение повлияло на климат: температура в Европе резко упала, покрылись льдом такие не замерзающие реки как Сена, Дунай или Рейн. Урожаи пропали, и в Европе начался голодомор.

Известно, что извержения вулканов могут становиться причиной периодов резкого понижения температур. Именно это предположили ученые Кембриджского университета, исследовавшие тот темный момент европейской истории. Реликтовый лес, обнаруженный в результате наводнения, позволил им доказать свою догадку, результаты их работы опубликованы в журнале Geology.

В 2003 году наводнение, вызванное разливом реки Тверау, обнажило район произрастания древнего березового леса, в течение веков погребенного под слоем вулканических осадочных пород. Хотя сейчас в Исландии практически нет деревьев, до колонизации острова в конце IX века остров был покрыт лесами.

Ученые проанализировали древесные кольца остатков реликтовых берез так называемого леса Друмбабот, чтобы определить, когда произошло уничтожившее его извержение. Было установлено, что это случилось между осенью 822-ого и весной 823 года. Было проведено также исследование льда и пепла, а историки сопоставили данные с архивными документами. Так удалось восстановить климатические условия той эпохи и определить, что именно Катла навлекла на Европу длительную зиму.

При извержениях вулканов частицы, которые поднимаются в атмосферу вместе с горячим газом, выходящим из-под земли — в основном частицы диоксида серы — вступают вo взаимодействие с атмосферными газами и образуют аэрозоль, не пропускающий вниз к Земле солнечные лучи, вызывая похолодание.

Кристина Саес (CRISTINA SÁEZ)
Источник