Ученые воспроизвели условия недр вулканов
Изучать процессы, протекающие в недрах Земли, напрямую невозможно. Длина самой глубокой, Кольской, скважины не достигает и 13 км. О том, что происходит глубже, ученым приходится судить по косвенным признакам. Одним из методов получения информации является изучение обломков глубинных пород — ксенолитов. Они выносятся на поверхность лавами во время извержения вулканов. Для геологов ксенолиты служат источником информации о минеральном составе и структуре земной коры и верхней мантии. Объектом изучения новосибирских ученых стали образцы ксенолитов, собранные на поверхности Авачинской сопки — действующего камчатского вулкана. Исследователи заинтересовались трещинами, точнее трещинными полостями внутри ксенолитов. «Согласно теории, из глубин верхней мантии Земли к ее поверхности двигаются не только потоки тепла, но и потоки жидких и газообразных флюидов. В результате в сейсмически активных горизонтах литосферы Земли одни элементы замещаются другими, и первозданная картина распределения минералов заменяется другой, потому что происходит растворение минералов флюидами в одном месте и отложение растворенных веществ в другом», — рассказывает один из авторов исследования, главный научный сотрудник Института геологии и минералогии СО РАН Виктор Шарапов, которого цитирует пресс-служба НГУ. Сотрудники нескольких сибирских институтов создали математическую модель процессов, а ее экспериментальная проверка была проведена в Институте ядерной физики СО РАН. Ученые создали условия, близкие к тем, в которых находятся ксенолиты внутри Земли в период вулканической активности. Для этой цели использовалась разработанная в ИЯФ СО РАН специальная установка для электронно-лучевой сварки, снабженная электронной пушкой. Установка формирует сфокусированный пучок электронов, диаметр которого может достигать одного миллиметра. Мощность установки такова, что с ее помощью можно работать с вольфрамом — самым тугоплавким металлом. Ее используют для получения тонких пленок и нанопорошков. С помощью установки ученые воздействовали на образец ксенолита с Авачинской сопки мощным пучком электронов диаметром 3−4 см. Температура плавления на поверхности образца составляла около 2500 градусов. Это примерно в два раза выше, чем в лаве самого горячего Гавайского вулкана. «Граница плавления медленно опускается внутрь, а на поверхности кипит расплав, так же, как лава кипит на вулкане, — поясняет Виктор Шарапов. — Выделяющиеся потоки газов фильтруются по трещинам и растворяют минералы, которые находятся внутри. В условиях лаборатории этот процесс занимает менее 45 минут, а в природе — несколько дней, во время сильных землетрясений». По словам ученых, полученные экспериментальные результаты, в частности, скорость растворения, хорошо согласуются с данными математической модели. Результаты исследования опубликованы в журнале Geochemistry International. О том, как действуют супервулканы, новосибирские физики ранее рассказали «Чердаку».
