В Институте ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН команда ученых из новосибирских институтов провела открытый для СМИ эксперимент, целью которого было воссоздание процессов, происходящих в верхней мантии Земли во время вулканической активности, сообщает пресс-служба ИЯФ СО РАН. Открытый эксперимент стал демонстрацией исследования, посвященного изучению динамики сейсмической активности в областях активного вулканизма и сейсмичности. Результаты исследования опубликованы в журнале Geochemistry International.

О процессах, происходящих в верхней мантии Земли, ученые могут судить лишь по изучению обломков глубинных пород, вынесенных лавами при вулканических извержениях, или по косвенным признакам, поскольку инструментов, позволяющих заглянуть вглубь Земли и подтвердить или опровергнуть корректность той или иной гипотезы, мало. Одним из наиболее важных источников информации о минеральном составе и структуре земной коры и верхней мантии являются ксенолиты - обломки глубинной горной породы, захваченные магмой и вынесенные на поверхность во время извержения вулкана с глубины 40—70 км. В эксперименте, который ученые продемонстрировали СМИ, было произведено плавление образца мантийного ксенолита Авачинского вулкана (полуостров Камчатка) при температуре 2500 градусов с помощью мощного электронного пучка, то есть фактически ученые создали условия для получения процессов, происходящих в верхней мантии Земли при извержении вулканов. 

В ходе эксперимента образец ксенолита, попавший на поверхность Земли из верхней мантии около 4000 лет назад во время извержения Авачинского вулкана, был помещен в установку для электронно-лучевой сварки, и в вакууме, под действием пучка электронов, началось плавление, продолжавшееся 45 минут.  «Граница плавления медленно опускается внутрь, а на поверхности кипит расплав, так же, как лава кипит на вулкане, только температура в экспериментах примерно в два раза выше, чем в лаве самого горячего Гавайского вулкана», – приводятся в сообщении пояснения доктора геолого-минералогических наук, главного научного сотрудника ИГМ СО РАН, профессора кафедры ГГФ НГУ Виктора Шарапова. 



При исследовании отправной точкой стала такая деталь, как трещинные полости внутри ксенолита. Во время плавления пучок электронов был направлен на участок ксенолита. Поэтому плавился лишь это участок ксенолита, что позволило ученым пронаблюдать, как потоки газа распределялись по трещинам нерасплавленной породы, растворяли минералы и  при этом на холодной поверхности формировались конденсаты. Как полагают ученые, лабораторный процесс позволяет судить о процессах, протекающих при сейсмической активности в верхней мантии Земли. «Представляете, с глубины 70-40 км на поверхность Земли выносятся кристаллические обломки пород, в которых есть открытые полости, в них растут и растворяются кристаллы. Почему так происходит? Согласно теории Д. С. Кожинского, 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», – такое объяснение привел Виктор Шарапов.

Сотрудники ИТПМ СО РАН Анатолий Черепанов и Вера Черепанова создали математическую модель этих процессов и написали на ее основе специальный численный код. Полученная в эксперименте скорость растворения хорошо согласуется с оценками в рамках математической модели. В условиях лаборатории этот процесс занимает менее 45 минут, а в природе – несколько дней, во время сильных землетрясений.

Как полагают авторы исследования, полученные данные позволят, с одной стороны, совершенствовать методы прогноза времени и места возможной сейсмической активности, и, с другой,  дополнительную информацию об образовании рудных месторождений. 

«Эти эксперименты нужны для изучения процессов, происходящих в мантии Земли под действующими вулканами, в частности, возникновения расплавов, которые затем извергаются на поверхность и выбрасывают обломки мантийных пород. Эксперименты позволят понять, как формируются рудные месторождения, и спрогнозировать, на каких глубинах мы можем ожидать процессы растворения и переноса рудных элементов», — объясняет Виктор Шарапов.