Одним из препятствий для точной оценки масштабных вулканических событий является отсутствие у человечества осведомлённости о признаках крупнейших извержений.
— Якоб Лоунстерн, Monitoring super-volcanoes: geophysical and geochemical signals at Yellowstone and other large caldera systems ({{8}})
В лихие кризисные времена градус квазипатриотического безумия накаляется, и на поверхность выплывают вновь забытые теории о крахе доллара, климатических изменениях и, конечно, катастрофах. Как правило — планетарного масштаба. Так, сейчас в блогосфере с большой скоростью распространяется статья о скором извержении Йеллоустонского вулкана. Пыльная гибель предрекается всему миру и особенно Америке. Публикация является переводом с сайта Intellihub, чудесного справочника для любого начинающего конспиролога. Теории на любой вкус — эпидемии птичьего гриппа, спонсируемые государством, смертельные вакцинации и еда с алюминием, разрушающим мозг.
По «информации», имеющейся у издания, 29 января геолог Йеллоустонского парка заявил, что извержение вулкана, находящегося на территории заповедника, начнётся через две недели. Более того, в подтверждение серьёзности происходящего упоминается секретный приказ Белого дома о сокрытии всей информации о землетрясениях, происходящих в регионе. Информация о секретном приказе, конечно же, исходит из анонимного неназываемого источника («человека, выложившего видео на YouTube»). В статье приводятся слова учёного Митио Каку о том, что в случае извержения Северной Америке наступит конец. Но при всём уважении к заслугам популяризатора науки, автор книги «Физика невозможного» в основном занимается теоретической физикой (теория суперструн и т. д.), а не геологией. Извержение вулканов — довольно редкое явление. Это неизбежно порождает спекуляции и ошибки. И всё же в текущей политической обстановке любая новость может обрасти кристаллами паники, потому истинный уровень угрозы стоит выяснить.
Дремлющий гигант
Обычно при упоминании слова «вулкан» представляется что-то наподобие Ородруина — горы конической формы. Такая разновидность называется стратовулканом. Когда говорят об Йеллоустонском вулкане, то следует понимать, что речь идёт о кальдере, углублении, образованном при предыдущем извержении. Её площадь составляет около 3900 квадратных километров, она находится в Йеллоустонском парке, на границе штатов Айдахо, Монтана и Вайоминг. Тектонические процессы по-прежнему поддерживают активность многочисленных гейзеров и горячих источников, находящихся в заповеднике.
Извержения на этой территории происходили трижды ({{9}}): 2,1 миллиона лет, 1,3 миллиона лет и 640 тысяч лет тому назад. По восьмибалльной логарифмической шкале вулканической эксплозивности событие, произошедшее 640 тысяч лет назад, оценивается на восемь. Критериями, влияющими на оценку, является ({{10}}) объём выброшенной в атмосферу пыли, высота выброса, его продолжительность и другие факторы.
Прошлые извержения Йеллоустонского вулкана были крайне мощными
С момента прошлого кальдеробразующего (caldera-forming) извержения произошло около 80 извержений. В 27 случаях в кальдеру поступали потоки риолитовой лавы, 13 раз потоки риолита выходили за её пределы и 40 раз на поверхность попадал базальт. Сейчас мониторингом занимается наблюдательный пункт Йеллоустонского вулкана геологической службы США и исследовательская группа университета Юты. В активном регионе постоянно происходят землетрясения, и целая сеть сейсмодатчиков постоянно следит за происходящим. Все данные доступны в онлайн-режиме: отмечаются данные о землетрясениях силой свыше 2,5 баллов по шкале Рихтера. Более незаметные события анализируются специалистами и помещаются на карту позже. Иногда часть событий пропадает, но не из-за заговора, а из-за редких ошибок. Желающие могут обратиться к большому архиву сейсмических событий и использовать их по своему усмотрению.
К другим важным факторам, по которым можно судить об активности вулкана, является деформация верхнего слоя земли. Поток магмы, направленный вверх, способен «приподнять» её слой, а её перемещение на уровень ниже может создать провалы. Многие «спящие» вулканы в прошлом являлись причиной гибели десятков тысяч людей: методов, способных заметить мельчайшие колебания почвы, просто не существовало. Сегодня в распоряжении учёных имеются GPS-датчики, лазерные дальномеры и радиолокационные станции с синтезированной апертурой (InSAR) ({{4}}), позволяющие получить объёмное изображение рельефа. GPS-мониторинг используется постоянно, а InSAR используется несколько раз в год. Этот метод сложнее, необходимы наблюдения из космоса, а объём полученных данных вызывает дополнительные сложности. В Йеллоустоне используется комбинация этих двух методов. Так, извержение вулкана Сент-Хеленс, в результате которого погибло 57 человек, сопровождалось предварительным изменением размеров северной части вулкана на 70 метров и двумя месяцами непрерывных землетрясений (всего их было более десяти тысяч).
Отслеживание вулканической активности в Йеллоустонской кальдере началось более 50 лет назад. У каждого вулкана свои паттерны «нормальной» активности, и любое выходящее из ряда вон событие сразу же будет заметно.
Как видно, изменения составляют десятки миллиметров
Ежемесячный отчёт о состоянии кальдеры можно найти на специальной странице геологической службы США. За прошедший январь было зарегистрировано 178 землетрясений, магнитуда крупнейшего, произошедшего 20 января, составила 1,9 балла, а деформация земли вернулась практически к фоновому уровню. Периодически проводятся измерения гидротермальной активности, температуры в гейзерах и других факторов. Весь сонм сенсоров можно увидеть на этой карте; среди прочих есть камера, на которой абсолютно ничего не происходит.
Состояние вулкана не является загадкой, и его изучение не заброшено. Сотни датчиков и учёных постоянно занимаются отслеживанием обстановки. Любое серьёзное извержение не будет сюрпризом, об этом станет известно заранее, а данные ежегодно становятся материалом для многочисленных книг, статей и конференций. Никаких конспирологических загадок — лишь обычная рутина мониторинга. Причин для беспокойства пока нет. Но даже если они и появятся, следить за происходящим стоит по скучным верифицируемым источникам.
Год без лета
Но всё-таки каков шанс, что извержение произойдёт, и чего ждать в этом случае?
С учётом перерыва между предыдущими извержениями, ежегодная вероятность кальдерообразующего извержения составляет 0,00014% (1 из 730 000). Это примерно равняется вероятности падения на Землю астероида диаметров в 1 километр. Однако в случае, если это всё-таки случится, последствия действительно окажутся катастрофическими.
Два предыдущих извержения Йеллоустонской системы являются крупнейшими, произошедшими в Северной Америке за последние несколько миллионов лет. Наиболее масштабное произошло 2,1 миллиона лет назад и создало горный хребет Хаклбери. Если подобное событие повторится, большая часть Соединённых Штатов будет покрыта пеплом, а климатические изменения скажутся на всём мире.
Мелкодисперсный вулканический пепел является угрозой для здоровья человека, животных и злаков, а также любого оборудования и электроники. При извержении индонезийского вулкана Тамбора в 1815 году в воздух попало около 150 кубических километров различных веществ. Извержения в Йеллоустонской кальдере были масштабнее в среднем на порядок.
Не менее важным фактором является не только непосредственное воздействие пепла, но его влияние на погоду. Упомянутое выше извержение Тамбора было крупнейшим за последние два столетия и было достаточно хорошо изучено. Сейчас мы не будем останавливаться на 88 тысячах смертей островитян, и рассмотрим лишь глобальные последствия одного-единственного извержения ({{17}}).
Извержение произошло между 10 и 11 апреля 1815 года, выброс попал в стратосферу на высоту до 17 километров (на экваторе). Более мелкие частицы могли подняться и выше — до 30 километров, и находиться в атмосфере месяцами и годами, путешествуя по всему земному шару. В период с 28 июня по 2 июля и с 3 сентября по 7 октября 1815 года в Лондоне наблюдались необычайно долгие и красивые закаты. Весной и летом следующего года в США был замечен «сухой туман», который не рассеивали ни ветра, ни дожди, что означало, что он находился в тропосфере.
Этот год для европейцев и американцев стал «годом без лета», «тысяча восемьсот чертовски замёрзшим». Дневные температуры (особенно минимальные) были аномально низкими. В Канаде и северной Новой Англии это сопровождалось ветрами, приносящими снег и мороз. В Европе шли ливни. Такой климат немедленно отразился на сельском хозяйстве: мало какие злаки могли взойти. Небольшой урожай привёл к голоду, заболеваниям и беспорядкам, что крайне неудачно совпало с последствиями Наполеоновских войн. Причиной была вулканическая пыль в стратосфере: она поглощала или не пропускала солнечное излучение. В среднем температура в северном полушарии понизилась примерно на 0,7° (а в отдельных регионах изменения могли быть намного более существенными). В другие годы отклонение было схожим, но важно, что это событие нарушило тренд на потепление, наблюдаемый с 1814 по 1816 годы.
Изотермы 1800–1840. Вертикальной стрелкой отмечен 1816 год
К сожалению, метеорологических данных осталось не так много, но тем интереснее изучить воспоминания очевидцев. В газете Albany Advertiser произошедшее в Элизабэттауне, штат Нью-Йорк, погоду 6 июня описывают так ({{6}}):
«Около 7:30 утра начался снежный шторм, длившийся три часа; за ним последовал сильный западный ветер с небольшим снегом, наблюдавшийся большую часть дня. Ветер не дал образоваться инею, но мороз был таким ядрёным, что земля промёрзла, и почти все овощи погибли».
Ченси Джером, Плимут, Коннектикут ({{12}}):
«Я хорошо помню седьмое июня… я был тепло одет, в толстое шерстяное платье, а вдобавок — верхняя одежда. Мои руки настолько замёрзли, что мне пришлось отложить свои инструменты, и надеть перчатки. Десятого июня моя жена принесла мне одежду, лежавшую на земле прошлой ночью; она затвердела, как зимой. Четвёртого июля я видел несколько мужчин, метавших кольца в плотной верхней одежде, а в это время ярко светило солнце. *** Не взошло и половины кукурузы, нужной для посадки в следующем году».
Л.М. Хаммонд, Мэдисон Каунти, Нью-Йорк ({{7}}):
«В 1816-м пришёл „холодный сезон“. Мороз был каждый месяц. Злаки погибли, и скудного урожая зерна было совсем недостаточно для того, чтобы удовлетворить нужды людей. Всё население в Нью-Йорке страдает по той же причине. Жители видят, что надвигается голод. (Тревога и подавленность настолько въелась в настроения общества, что к религии вновь обращаются). Ничтожное количество зерна, которое только можно купить, стоит очень дорого, и этот скудный ручеёк скоро прекратится. Джонатан Бентли как-то заплатил два доллара за бушель кукурузы, которая при посадке оказалась настолько слабой, что её нельзя было использовать; когда он бросил её своим свиньям, они тоже отказались от дурной еды. Для того чтобы выжить, все ресурсы были бережно высажены; запасались даже лесными ягодами и кореньями. Весна 1817 оказалась периодом наибольшей нужды. В разных областях страны семьи оказались на грани голодания!»
Голод 1816–1817 годов стал самым суровым за столетие ({{13}}). В Европе особенно сильно пострадала Германия, что описано даже в воспоминаниях Клаузевица:
«Автор, путешествующий на лошади по области Айфеля весной 1817, во время ночного пребывания в деревнях и маленьких городках, часто наблюдал эту удручающую нищету, так как эти места принадлежали беднейшим людям этой земли. Он видел полумёртвые фигуры, отдалённо напоминавшие людей, скитающиеся по полям в поисках еды среди несобранной и полусгнившей, но так и не созревшей до конца картошки».
В мае 1816 бунты вспыхнули в Восточной Англии. Люди уничтожали молотилки и поджигали хлева. В конце концов мародёры вооружились деревянными палками с железными наконечниками, а на их флагах было написано «Хлеб или кровь». Однако в лучших британских традициях бунтовщикам пообещали не хлеб, или кровь, но смерть, и волнения утихли.
Однако не только количество выброшенного материала влияет на климат. Сравнительный анализ вулканов Тамбора, Кракатау и Агунг показал ({{14}}), что большое влияние может иметь содержание аэрозолей различных сульфатов. К примеру, извержение вулкана Лаки 1783 года, длившееся 8–9 месяцев, привело к выбросу всего лишь 12,3 кубического километра различных веществ. Однако сульфатная дымка привела к гибели 75% домашнего скота ({{16}}). А впоследствии смерть настигла 24% жителей Исландии. Дело в том, что аэрозоли сульфатов не только мешают солнечному свету, но ещё и поглощают земное тепло, разогревая стратосферу.
Рост кислотности осадков
Моделирование атмосферного рассеяния является крайне сложным процессом, требующим сложных математических вычислений (к тому же решения уравнения Навье-Стокса, связанного с турбулентностью, до сих пор найдены лишь для определённых случаев). Причиной тому является очень большое количество метеорологических процессов, происходящих в атмосфере ({{5}}). Ветровые потоки перемешиваются между собой, на устойчивость атмосферы влияют такие параметры, как инсоляция и облачность — продолжать можно до бесконечности. Но модель — это упрощённая картина реальности. Она не содержит всех особенностей реальной системы, но содержит те, которые необходимы для решения вопроса или научной проблемы, которую мы хотим решить посредством использования этой модели.
В ходе исследования возможных последствий суперизвержения Йеллоустонской кальдеры учёные пришли к выводу, что поведение частиц в таком случае существенно отличается ({{11}}) от простых, более слабых извержений. При сверхмощном выбросе может образоваться «зонтик», способный привести к дополнительному распространению пыли на тысячи километров.
Результаты неутешительны: слой пепла покроет всю Северную Америку, затруднит движение по дорогам, сделает невозможным авиаперелёты и радиосвязь, уничтожит урожай; про точное падение средней температуры учёные ничего не говорят, но осторожно пишут, что даже извержение вулкана Пинатубо 1990 года с объёмом выброшенных пород в 10 кубических километров понизило температуру на всей планете примерно на 1°. Несомненно, в случае, если событие подобного масштаба произойдёт, то под угрозой окажутся не только жители Северной Америки, но всё человечество в целом.
Распределение слоя пепла при моделировании месячного извержения супервулкана
***
Пожалуй, лучше истории смирению учит лишь геология. Человек запоминает изменения в обстановке, радуется новому дому и тоскует от переезда. Но за миллионы лет изменяются русла рек, высыхают моря и океаны и появляются новые острова. Homo sapiens по геологическим меркам совсем младенец, цивилизация же существует всего лишь минуты.
Рекомендуем смотреть на эту иллюстрацию в моменты славы
Небольшое по планетарным меркам событие в Индонезии заставило человека голодать, и, несомненно, оставило свой шрам на современной истории. И даже литературе — «Франкенштейн» Шелли был написан, так как погода в Швейцарии была настолько отвратительна ({{2}}), что выходить из дома совершенно не хотелось.
Приблизительно 73 тысячи лет назад произошло извержение вулкана Тоба в Индонезии. Объём выброшенной массы составлял от 2 до 3 тысяч кубических километров; сама же масса была больше, чем в Тамборе приблизительно в 100 раз. По шкале вулканической эксплозивности это событие получает твёрдую восьмёрку (слово «апокалиптический» — это научный термин, а не преувеличение). При аппроксимации последствий извержения Пинатубо возможное снижение температуры составило 15° в течение трёх лет ({{15}}) (хотя существуют и более консервативные оценки — в них речь идёт об одном градусе).
Неизвестно, как это сказалось на человечестве того времени. Часть исследователей считает, что его численность значительно сократилась ({{1}}), однако этот вопрос остаётся спорным, как и многие другие в геологии четвертичного периода, где сложно применять традиционные методы датировки. Если подобное случится сегодня, когда плотность населения на многие порядки отличается от давнего прошлого, то человечеству придётся испытать на себе ядерную зиму без радиации.
Расположение наиболее крупных городов и зон с вулканической активностью (2000 год). Источник: The increasing exposure of cities to the effects of volcanic eruptions: a global survey ({{3}})
Постоянно увеличивающиеся в размерах мегаполисы будут становиться всё более уязвимыми для любой природной катастрофы, будь то извержение вулкана или наводнение. Конечно, есть и удачные примеры. Так, в 1973 году жители исландского острова Вестманнаэйяр отвоевали свой дом ({{18}}) у вулкана Хельгафьель, шесть месяцев неутомимо поливая потоки лавы морской водой. Стихия отступила раньше, чем люди.
Вряд ли нам придётся испытать на себе последствия Йеллоустонского извержения, и беспокоиться по этому поводу не стоит. Хрупкое человечество успешно лавирует между ледниковыми периодами, землетрясениями и эпидемиями. И вполне вероятно, что мы переживём многое. Остаётся надеяться на то, что к моменту технологического рывка у нас будут запасные планеты.
Библиография
1. Ambrose S. Late Pleistocene human population bottlenecks, volcanic winter, and differentiation of modern humans // Journal of Human Evolution. 1998. Vol. 4(6). P. 623-651.
2. Carroll S. Crusades Against Frost: Frankenstein, Polar Ice, and Climate Change in 1818 // European Romantic Review. 2013. Vol. 24 (2). P. 211-230.
3. Chester DK., Degg M., Duncan AM., Guest JE. The increasing exposure of cities to the effects of volcanic eruptions: a global survey // Global Environmental Change Part B: Environmental Hazards. 2000. Vol. 2(3). P. 89-103.
4. Ernst G., Kervyn M., Teeuw R. Advances in the remote sensing of volcanic activity and hazards, with special consideration to applications in developing countries // International Journal of Remote Sensing. 2008. Vol. 29(22). P. 6687-6723.
5. Holmes NS., Morawska L. A review of dispersion modelling and its application to the dispersion of particles: An overview of different dispersion models available // Atmospheric Environment. 2006. Vol. 40(30). P. 5902-5928.
6. Hoyt J.B. The cold summer of 1816 // Annals of the Association of American Geographers. 1958. Vol. 48. P. 118–131.
7. Hughes P. The year without a summer // Weatherwise. 1979. Vol. 32(3). P. 108-111.
8. Lowenstern JB., Smith R., Hill D. Monitoring super-volcanoes: geophysical and geochemical signals at Yellowstone and other large caldera systems // Philosophical Transactions of the Royal Society. 2006. Vol. 364. P. 2055-2072.
9. Lowenstern JB., Hurwitz S. Monitoring a supervolcano in repose: heat and volatile flux at the Yellowstone Caldera // Elements. 2008. Vol. 4. P. 35–40.
10. Mason B., Pyle D., Oppenheimer, C. The size and frequency of the largest explosive eruptions on Earth // Bulletin of Volcanology. 2004. Vol. 66(8). P. 735-748.
11. Mastin LG., Van Eaton AR., Lowenstern J. Modeling ash fall distribution from a Yellowstone supereruption // Geochemistry, Geophysics, Geosystems. 2014. Vol. 15(8). P. 3459–3475.
12. Milhalm W. The year 1816—the causes of abnormalities // Monthly Weather Review.1924. Vol. 52. P. 563–570.
13. Oppenheimer C. Climatic, environmental and human consequences of the largest known historic eruption: Tambora volcano (Indonesia) 1815 // Progress in Physical Geography. 2003. Vol. 27(2). P. 230-259.
14. Rampino M., Self S. Historic eruptions of Tambora (1815), Krakatau (1883), and Agung (1963), their stratospheric aerosols, and climatic impact // Quaternary Research. 1982. Vol. 18(2). P. 127-143.
14. Robock A., Ammann CM., Oman L., Shindell D., Levis S., Stenchikov G. Did the Toba volcanic eruption of ∼74ka B.P. produce widespread glaciation? // Journal of Geophysical Research: Atmospheres (1984–2012). 2009. Vol.114 (D107). P. 1-9.
15. Sigurdsson, H. Volcanic pollution and climate: The 1783 Laki eruption // EOS Transactions American Geophysical Union. 1982. Vol. 63(32). P. 601–602.
16. Stothers R. The Great Tambora Eruption in 1815 and Its Aftermath // Science. 1984. Vol. 224 (4654). P. 1191-1198.
17. Williams R., Moore J. Man Against Volcano: The Eruption on Heimaey, Vestmannaeyjar, Iceland. USGS General Interest Publications. 1983.
[[1]]Ambrose S. Late Pleistocene human population bottlenecks, volcanic winter, and differentiation of modern humans // Journal of Human Evolution. 1998. Vol. 4(6). P. 623-651. [[1]]
[[2]]Carroll S. Crusades Against Frost: Frankenstein, Polar Ice, and Climate Change in 1818 // European Romantic Review. 2013. Vol. 24 (2). P. 211-230. [[2]]
[[3]]Chester DK., Degg M., Duncan AM., Guest JE. The increasing exposure of cities to the effects of volcanic eruptions: a global survey // Global Environmental Change Part B: Environmental Hazards. 2000. Vol. 2(3). P. 89-103.[[3]]
[[4]]Ernst G., Kervyn M., Teeuw R. Advances in the remote sensing of volcanic activity and hazards, with special consideration to applications in developing countries // International Journal of Remote Sensing. 2008. Vol. 29(22). P. 6687-6723.[[4]]
[[5]]Holmes NS., Morawska L. A review of dispersion modelling and its application to the dispersion of particles: An overview of different dispersion models available // Atmospheric Environment. 2006. Vol. 40(30). P. 5902-5928. [[5]]
[[6]]Hoyt J.B. The cold summer of 1816 // Annals of the Association of American Geographers. 1958. Vol. 48. P. 118—131.[[6]]
[[7]]Hughes P. The year without a summer // Weatherwise. 1979. Vol. 32(3). P. 108-111. [[7]]
[[8]]Lowenstern JB., Smith R., Hill D. Monitoring super-volcanoes: geophysical and geochemical signals at Yellowstone and other large caldera systems // Philosophical Transactions of the Royal Society. 2006. Vol. 364. P. 2055-2072. [[8]]
[[9]]Lowenstern JB., Hurwitz S. Monitoring a supervolcano in repose: heat and volatile flux at the Yellowstone Caldera // Elements. 2008. Vol. 4. P. 35–40. [[9]]
[[10]]Mason B., Pyle D., Oppenheimer C. The size and frequency of the largest explosive eruptions on Earth // Bulletin of Volcanology. 2004. Vol. 66(8). P. 735-748. [[10]]
[[11]]Mastin LG., Van Eaton AR., Lowenstern J. Modeling ash fall distribution from a Yellowstone supereruption // Geochemistry, Geophysics, Geosystems. 2014. Vol. 15(8). P. 3459–3475. [[11]]
[[12]]Milhalm W. The year 1816—the causes of abnormalities // Monthly Weather Review.1924. Vol. 52. P. 563–570. [[12]]
[[13]]Oppenheimer C. Climatic, environmental and human consequences of the largest known historic eruption: Tambora volcano (Indonesia) 1815 // Progress in Physical Geography. 2003. Vol. 27(2). P. 230-259. [[13]]
[[14]]Rampino M., Self S. Historic eruptions of Tambora (1815), Krakatau (1883), and Agung (1963), their stratospheric aerosols, and climatic impact // Quaternary Research. 1982. Vol. 18(2). P. 127-143. [[14]]
[[15]]Robock A., Ammann CM., Oman L., Shindell D., Levis S., Stenchikov G. Did the Toba volcanic eruption of ∼74 ka B.P. produce widespread glaciation? // Journal of Geophysical Research: Atmospheres (1984–2012). 2009. Vol.114 (D107). P. 1-9. [[15]]
[[16]]Sigurdsson H. Volcanic pollution and climate: The 1783 Laki eruption // EOS Transactions American Geophysical Union. 1982. Vol. 63(32). P. 601—602.[[16]]
[[17]]Stothers R. The Great Tambora Eruption in 1815 and Its Aftermath // Science. 1984. Vol. 224 (4654). P. 1191-1198. [[17]]
[[18]]Williams R., Moore J. Man Against Volcano: The Eruption on Heimaey, Vestmannaeyjar, Iceland. USGS General Interest Publications. 1983. [[18]]
