Найбільше вулканічне виверження за історію людства вбило 60 % жителів Землі. Коли індонезійський супервулкан Тоба вибухнув близько 74 тисяч років тому, в атмосферу потрапило 2,8 тисячі кубічних кілометрів попелу. Попільні дощі пройшли на більшій частині Індонезії та Індії. Нещодавно дослідники виявили нові підказки про те, що могло викликати таке виверження, і тепер зможуть спрогнозувати аналогічну подію, якщо вона коли-небудь відбудеться. Секрет вулкана розкрили завдяки геохімічній структурі вулканічних кварцових кристалів.
Учені довго сперечалися, як утворився величезний обсяг магми Тоби і що змусило її вивергатися так інтенсивно. Команда дослідників з Уппсальського університету (Швеція) разом з міжнародними колегами знайшли вирішення питання всередині міліметрових кристалів вулканічного попелу і гірської породи.
«Кварцові кристали, які ростуть в магмі, реєструють хімічні та термодинамічні зміни в магматичній системі до виверження так само, як кільця дерев фіксують зміну клімату», — говорить доктор Девід Бадд. «Коли умови в магмі змінюються, кристали реагують і ростуть. Зони росту реєструють ці зміни. Проблема в тому, що кожен магматичний аналог кільця дерева — всього кілька мікрометрів, ось чому їх дуже складно аналізувати».
Дослідники вивчили кварцові кристали Тоби і знайшли явну зміну в ізотопному складі на зовнішньому краї кристалів. Зовнішня зона кристалів має відносно низьку пропорцію важкого ізотопу 18O порівняно з легким 16O. Це вказує на те, що в магматичній системі щось значно змінилося прямо перед потужним виверженням.
Походження цієї хімічної сигнатури пояснюється так: магма розплавилася і злилася з величезним обсягом місцевої гірської породи, в якій теж відносно низьке співвідношення 18O до 16O. Цей тип гірської породи часто містить багато води, яка могла потрапити в магму і перетворитися на пар, створивши, таким чином, підвищений тиск газу в магматичній камері. Тиск газу в кінці кінців дозволило магмі прорвати кірку, яка ї накриває і вилитися назовні.
На щастя, такі супервиверження відбуваються дуже рідко. «Останнє супервиверження Тоби, яке відбулося 74 тисячі років тому, вважається найбільшим наземним вулканічним виверженням епохи плейстоцену», — говорять вчені. «Тоді вулкан викинув величезний обсяг речовини об’ємом від 2,8 до 5,3 тисячі кубічних км».
Щоб вивчити, що відбувається з вулканом, група розробила модель, засновану на сейсмічній інформації. Використовуючи її, вчені виявили, що супервулканом керують величезні щільні резервуари магми. Магма в цих резервуарах зберігається під щільною кіркою, поки не накопичиться достатньо тиску, щоб відбулося виверження. Нова модель показала систему складних багаторівневих тунелів магми, які досягають глибини понад 150 км. На глибині близько 150 км виробляються гази і базові сплави — розплавлена гірська порода з низьким вмістом діоксиду кремнію. Ці сплави потім досягають глибини майже 75 км, створюючи величезний резервуар магми.
Тоба — не єдиний супервулкан, де резервуар магми знаходиться під землею. Така ж структура існує під Йеллоустоун в серці північно-заходу Америки. У квітні 2015 року, відстеживши сейсмічні хвилі, геофізики виявили величезну вторинну камеру ще глибше під землею. Вона настільки велика, що її частково розплавлена гірська порода може заповнити Гранд-Каньйон 11 разів. Якщо вибухне супервулкан Йеллоустоун, виверження буде в тисячу разів могутніше від виверження вулкана Сент-Хеленс у 1980 році. Хоча гігант спить 70 тисяч років, вчені говорять, що виключити можливість його пробудження не можна.
Нові дослідження показують, що зупинка щільної магми в резервуарах під верхньою кіркою може бути ключовою причиною, чому між виверження супервулканів такі довгі проміжки. Тільки коли резервуар магми досягає критичного рівня перевантаження тиску через гази і сплави, він спустошується і величезний обсяг магми починає підніматися вгору через кірку.