Игорь Резанов - Великие катастрофы в истории Земли
Донные осадки глубоководных морей и океанов обычно исследуются с помощью специальных трубок — грунтоносов, опускаемых на дно океана с палубы корабля. Эти трубки, полые внутри, врезаясь в приповерхностные слои донных отложений, заполняются последними и затем извлекаются на дневную поверхность. Вынутая из трубки грунтоноса колонка донных осадков обычно достигает в длину нескольких метров, а в некоторых случаях и первых десятков метров. По колонке поднятого грунта можно проследить последовательность отложения морских осадков. Самый верхний слой колонки образовался в современную нам эпоху (чем ниже по разрезу колонки, тем осадки древнее).
В колонках грунта, поднятого со дна восточной части Средиземного моря, были обнаружены два слоя вулканического пепла. Такой пепел во время вулканического взрыва выбрасывается из жерла вулкана на громадную высоту — до 20–40 км над земной поверхностью. Вместе с мелкими частицами в воздух летят различных размеров вулканические бомбы — спекшиеся куски пепла (пемза). Такой материал вулканических выбросов геологи называют тефрой.
Проведенное американскими учеными Д. Нинковичем и Б. Хейзеном детальное изучение добытых колонок грунта позволило надежно различить верхнюю и нижнюю тефру, построить карты площадного распространения этих двух вулканических слоев и определить их толщину (рис. 8, 9). Конфигурация площади, где обнаружены вулканические осадки, и характер распределения мощности (толщины) двух пепловых прослоев не оставляют сомнения в том, что этот пепел образовался в результате извержений вулкана Санторина, расположенного в 120 км к северу от острова Крит. Так, наибольшая толщина нижнего пеплового слоя, достигающего в одной колонке 10, в другой — 22 см, обнаружена к юго-востоку от Санторина. Пепел разносился на расстояние около 1000 км от вулкана. Судя по карте на рис. 8, можно заключить, что нижняя тефра Санторина почти не достигла восточной части Тирренского моря и Африканского побережья и не образует там слоя, превышающего 1 мм. К северу, востоку и югу от Санторина максимальное расстояние, на которое переносился пепел, способный образовать слой толщиной более 1 мм, составляет 300–400 км. Все острова в Эгейском море, включая Крит, находящиеся в радиусе 200 км от Санторина, были покрыты слоем эолового пепла толщиной в несколько сантиметров.
Рис. 8. Распространение нижней тефры вулкана Санторин в донных осадках восточной части Средиземного моря (по Д. Нинковичу и Б. Хейзену. Цифры — мощность слоя (в см), кружки — места взятия пробРис. 9. Распространение верхней тефры вулкана Санторин в донных осадках восточной части Средиземного моря (по Д. Нинковичу и Б. Хейзену). Цифры — мощность слоя (в см)Верхний горизонт вулканических осадков (верхняя тефра) достигает наибольшей толщины также вблизи Санторина. В колонке, расположенной в 130 км к юго-востоку от вулкана, толщина его превышает 2 м. Карта на рис. 9 показывает, что пепел, составляющий этот горизонт, достигал берегов Африки, Малой Азии и Балканского полуострова, чтобы отложиться там слоем, превышающим 1 мм. Максимальное расстояние, на которое переносился пепел верхней тефры, составляло практически не более 700 км. В местах его наибольшего скопления обнаружено, что пепловый слой верхней тефры состоит из шести горизонтов — трех крупнозернистых и трех тонкозернистых с резкими контактами между ними. Это указывает на то, что верхний пепловый слой образовался вследствие трех последовательных извержений Санторина, из которых первое было наиболее сильным и пеплообильным.
Вулканические извержения часто выбрасывают пепел на высоту около 50 км. Дальнейшее его распространение зависит в первую очередь от направления и скорости высотных ветров. Проанализировав воздушные токи в восточной части Средиземноморья, Д. Нинкович и Б. Хейзен пришли к следующему выводу: распределение материала нижней тефры свидетельствует о его переносе ветрами высокой скорости, что указывает на извержение вулкана в зимнее время.
Верхняя тефра отлагалась в условиях более низких скоростей ветра. Это согласуется с метеорологической схемой летних северо-западных пассатных ветров, имеющих относительно низкие скорости.
Детально изучив обнаруженные в колонках грунта раковины микроорганизмов, а также определив радиоуглеродным методом абсолютный возраст слоев, расположенных выше и ниже пепловых горизонтов, Д. Нинкович и Б. Хейзен заключили, что отложение нижней тефры произошло еще в доисторическое время (не менее чем 25 тыс. лет назад). Верхний пепловый горизонт оказался значительно моложе. Хотя наблюдается довольно большой разброс цифр, все же несомненно, что верхняя тефра образовалась менее 5 тыс. лет назад.
Время возникновения верхней тефры может быть сейчас датировано и точнее. Безусловно, образование верхнего пеплового горизонта вызвано извержением Санторина, а оно датируется достаточно надежно путем определения абсолютного возраста по изотопу углерода 14С в куске дерева, найденного под 30-метровой толщей пепла. Заметим, что пеплы с кальдеры Санторина и из верхнего слоя донных отложений Восточного Средиземноморья совершенно идентичны. Извержение Санторина, сопровождавшееся образованием кальдеры, произошло 3370±100 лет назад. Значит, это грандиозное событие относится приблизительно к 1400 г. до н. э.
Исследование донных отложений Восточного Средиземноморья и изучение геологического строения Санторинского архипелага позволяют достаточно полно восстановить последовательность извержений этого вулканического аппарата.
Вулкан Санторин необычайно молод (конечно, в геологическом значении этого слова). Он возник всего 100–200 тыс. лет назад, т. е. уже в четвертичном периоде, на месте древней суши, существовавшей в области Эгейского моря в течение многих сотен миллионов лет. Наверное, прошло около 100 тыс. лет, прежде чем на месте глубинной трещины, рассекавшей земную кору, начали формироваться вулканические конусы. Общее погружение древнеэгейской суши во второй половине четвертичного периода привело к тому, что подножие будущего вулкана погрузилось ниже уровня моря и он стал островом. Однажды магматический канал оказался закупоренным застывшей лавой, как пробкой. Газы и расплавленная лава, поднимавшиеся с глубин в десятки километров, скопились в жерле вулкана почти у самой земной поверхности. Когда давление газов превысило прочность горных пород, раздался взрыв. Вулкан раскололся, и огромные массы пара и газов вырвались наружу, подняв на высоту 30–40 км огромные количества пепла. Свидетелем этого извержения и является слой нижней тефры, обнаруженный океанологическими экспедициями. Выход из недр Земли на дневную поверхность огромных объемов лав, пепла и газов привел к образованию обширных пустот под вулканом, что вызвало обрушение прилегавших к вулкану участков земли. Это было приблизительно 25 тыс. лет назад.
После взрыва обычно наступает обрушение кровли подземной полости, откуда была выброшена эмульсия магмы. Возникшая воронкообразная впадина с изрезанными краями стала именоваться кальдерой (в переводе с испанского — котел). Впервые этот термин применительно к вулканам употребил 150 лет назад известный немецкий ученый-геолог Л. фон Бух. Он так назвал огромный вулканический кратер на острове Пальме Канарского архипелага. Вот что писал Л. фон Бух об этом кратере: «Перед путешественником открывается бездна во всем ее величии. Едва ли где-нибудь в другом месте можно найти такую же ужасную пропасть. Середина кальдеры достигает 2257 футов в высоту; еще много выше находится подножие крутых скал, которые дают обрывы более чем в 4000 футов. Где же можно видеть что-либо подобное? Где величественные скалы окружают такую котловину?»[5]
С тех пор кальдерами стали именовать и все крупные отрицательные формы вулканического рельефа.
X. Вильямс разделяет кальдеры на четыре главные группы: 1) взрывные; 2) образующиеся вследствие обрушения; 3) смещенные от взрыва и обрушения; 4) эрозионные. Наиболее распространена вторая группа, куда относятся кальдеры вулканов Кракатау, Катмай, Килауэа.
Эксплозивная (взрывная) кальдера образуется в результате взрыва. Примером может служить возникновение в 1888 г. кальдеры вулкана Бандая в Японии. После тысячелетнего перерыва в течение минуты произошло до 20 взрывов. Было выброшено более 1 км3 породы. Вершина и значительная часть северного склона вулкана были разрушены, возникла подковообразная впадина площадью 3,5 км2. Внутри образовавшегося амфитеатра обнаружилось испускающее пары жерло вулкана в виде трещины, через которую поступал раскаленный материал.
Иначе образуется кальдера обрушения. Камера, где накапливалась взрывная эмульсия, в отличие от эксплозивной, находилась глубже. Такие магматические очаги расположены на сравнительно небольшой глубине: под Везувием — 6 км; Килауэа — 4; Михара — 4–5; Авачей — 3–5 км; радиус такого магматического очага — до 3 км, объем — около 100 км3.
