О том, как посвященная суперизвержениям магистерская работа новосибирского студента переросла в полноценную статью в престижном научном журнале Science, рассказывает отдел науки «Газеты.Ru».

Магистерская работа студента Новосибирского государственного университета Кайрлы Джаксыбулатова со временем доросла до полноценной статьи в престижном научном журнале Science. О ее результатах «Газета.Ru» побеседовала с соавтором статьи, заведующим лабораторией сейсмической томографии​ Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука Сибирского отделения РАН (ИНГГ СО РАН), доктором геолого-минералогических наук Иваном Кулаковым.

— Чему посвящена ваша работа?

— Кальдера Тоба — это место крупнейшего за последние несколько миллионов лет извержения, которое произошло 74 000 лет назад и привело к выбросу около 2800 кубических километров пород. Проблема суперизвержений является одной из горячих в науках о Земле.

Среди специалистов активно дискутируется вопрос, каким образом такое количество магматического вещества могло накопиться под вулканом.

Судя по результатам сейсмических исследований, кора на глубинах более 7 км является сильно анизотропной, что указывает на выраженную слоистую структуру, в которой чередуются коренные породы с горизонтально направленными внедрениями магматического вещества. Это подтверждает предположения других авторов, которые считают, что слоистая структура магматического очага является единственно возможной под супервулканами. В верхней коре непосредственно под кальдерой Тоба наблюдается аномалия с пониженными сейсмическими скоростями и изотропными свойствами, которая может совпадать с положением громадной воронки глубиной 5-7 км, образовавшейся в результате взрыва 70 тыс. лет назад.

Разрез аномальных значений сейсмических скоростей, полученных по волнам Лява (с горизонтальной поляризацией) под кальдерой Тоба. Теплые цвета – пониженные скорости (низкая прочность); холодные – нейтральные или повышенные скорости. Красным схематически показаны слои магматического материала, направленные вдоль ориентации анизотропии. Пунктир показывает возможное положение дна кальдеры, образовавшегося в результате последнего взрыва вулкана Тоба

— Какие методы при этом использовались? В чем состоит непосредственно ваш вклад?

— В работе использован относительно молодой метод шумовой томографии, который был предложен несколько лет назад нашим соавтором Николаем Шапиро и который уже завоевал популярность во многих научных центрах мира. Этот метод состоит в выделении полезных сейсмических волн из непрерывных записей природного шума, с помощью которых можно изучать глубинное строение Земли.

Новой особенностью данной работы является использование поверхностных волн двух типов, Рэлея и Лява, которые позволяют раздельно изучать упругие свойства в вертикальном и горизонтальном направлениях. На основании разницы сейсмических скоростей, полученных с помощью этих волн, можно сделать вывод об анизотропии земной коры.

Основные расчеты проводились первым автором Кайрлы Джаксыбулатовым, который начинал данную работу, будучи магистрантом НГУ и сотрудником лаборатории сейсмической томографии ИНГГ СО РАН. Иван Кулаков ранее уже имел опыт работы с этим супервулканом. В настоящей работе он активно участвовал в геологической интерпретации полученных результатов. Николай Шапиро — наш соотечественник; в настоящее время работает в Институте физики Земли в Париже (IPGP).

Именно он предложил использовать поверхностные волны различного типа для выявления радиальной анизотропии в Земле.

— Как выводы, приведенные в статье, помогут геологам?

— Новая методика анализа сейсмических данных оказалась чрезвычайно эффективной для обнаружения сейсмической анизотропии в коре. Предполагается применить ее и в других областях потенциально возможных суперизвержений и оценить риск такого рода событий.

— Где проводились изыскания? Помогали ли вам российские учреждения или работа шла только за рубежом?

— Вопрос суперизвержений имеет глобальную важность.

Если бы такого масштаба извержение произошло в настоящее время, это полностью изменило было жизнь человечества и всех биологических видов на Земле. Поэтому над этой проблемой работают специалисты из разных стран.

В данной работе, помимо российских ученых, были задействованы специалисты из Франции и Германии, которые создали алгоритмы и помогли с их практической реализацией для данных по кальдере Тоба. Кроме того, эта работа была бы невозможной без сети сейсмических станций, установленной в кальдере силами института GFZ Потсдама. Расчеты в основном проводились в парижском Институте физики Земли, куда Кайрлы Джаксыбулатов был направлен на стажировку.

— Какова вероятность того, что суперизвержение произойдет в наше время?

— Это проблема, которая серьезно занимает ученых. 70 тысяч лет по геологическим меркам — это мгновенье. За то время, которое прошло со времени извержения на Тобе, никаких принципиальных изменений в Земле не произошло.

Таким образом, вероятность такого события сейчас ничуть не меньше, чем 100 тыс. или миллион лет назад. Другое дело, что такое крупное событие внезапно произойти вряд ли может.

​Если в коре происходит перегруппировка огромных масс и накопление большого давления, это, несомненно, должно привести к каким-то косвенным явлениям — например, землетрясениям или смещениям земной поверхности, — которые при современном развитии геофизического мониторинга невозможно пропустить. В случае крупных извержений предвестники начинают появляться и возрастать по интенсивности за месяцы или даже годы до главного коллапса.

По моему мнению, подготовка суперизвержения будет происходить намного дольше. Ничего подобного сейчас нигде мы не наблюдаем; так что можно быть относительно спокойным.

Последние примеры — извержение Таупо в Новой Зеландии около 26 тыс. лет назад. По объему сопоставимо с Тобой, однако имело существенно меньшее влияние на биосферу. Из человеческой истории — Тамбора в Индонезии в 1815 году, после которого в Европе и Америке был мор скота и людей из-за холода и голода; в Германии снег летом лежал. Объем извержения - «только» 160 км3.