CO₂ и вода по-разному запускают извержения Этны — открытие Корнелла меняет оценку вулканических рисков

Два исторических извержения одного и того же вулкана — и два принципиально разных механизма. Исследователи Корнеллского университета реконструировали «сантехнику» горы Этна и установили, что извержение 122 года до н.э. и более древнее событие — так называемое Fall Stratified («слоистое падение»), произошедшее около 4 000 лет назад, — работали по совершенно разным сценариям. Результаты опубликованы 2 июня 2026 года в журнале Geochemistry, Geophysics, Geosystems.

Работу возглавил Эстебан Гасель (Esteban Gazel), профессор кафедры наук о Земле и атмосфере Корнеллского инженерного колледжа Дюффилда. Первый автор статьи — бывший постдок Максим Гавриленко (Maxim Gavrilenko). Полевые образцы собирали соавторы Терри Плэнк (Terry Plank) из Колумбийского университета и Брюс Хоутон (Bruce Houghton) из Гавайского университета Маноа.

«Идеально это нужно делать для каждого вулкана на планете, — говорит Гасель. — Это данные, необходимые для физических моделей извержений, которые лежат в основе оценки риска».

Шипучка против пожарного шланга — как газы взрывают вулканы

Взрывная сила вулкана определяется не только составом магмы, но и тем, как и когда из неё высвобождаются растворённые газы. Главных «виновников» два — вода (H₂O) и углекислый газ (CO₂).

«Представьте бутылку газировки. Если открыть её, не встряхивая, можно спокойно пить. Но если потрясти — пузырьки резко отделятся, и получится взрыв. Вулканы работают похожим образом», — объясняет Гасель.

До 2023 года геологическое сообщество считало, что главным «триггером» взрывных извержений является вода: чем больше водяного пара в магме, тем сильнее взрыв при её подъёме. Однако в 2023 году группа Гасела показала, что именно CO₂ способен запускать взрывные события — вопреки устоявшейся картине. Ключ к этому открытию — новый метод анализа: рамановская спектроскопия по микроскопическим пузырькам газа, застывшим внутри кристаллов в магме. Эти пузырьки — от 1 до 10% толщины человеческого волоса — хранят информацию о давлении в момент образования кристалла, а значит — о глубине и скорости подъёма магмы.

«Эта техника даёт нам плотность CO₂, а из плотности, через уравнение состояния, мы получаем давление — а давление переводится в глубину, — объясняет Гавриленко. — Применяя это к взрывным извержениям, мы можем реконструировать систему каналов магмы с беспрецедентной точностью».

Два извержения — два сценария

Извержение 122 года до н.э. было выдающимся по любым меркам: плинианское — высшая категория взрывных извержений, названная в честь Плиния Старшего, который описал извержение Везувия в 79 году н.э. — при этом с базальтовой, маловязкой магмой, богатой железом и магнием. Такое сочетание редкость: базальтовые магмы обычно текучи и не дают плинианских столбов.

Детальный анализ кристаллов из образцов этого события показал: магма поднималась с глубины около 22 км, но затем несколько недель стояла в «тупике» на глубине 2–5 км. В этот период из неё медленно выходил водяной пар. И именно накопленное давление воды в итоге спровоцировало взрыв.

Картина «Слоистого падения» — принципиально иная. Там магма поднималась с существенно большей глубины — 24–30 км, то есть прямо из мантии, — и делала это стремительно, за считанные часы. Движущей силой было не давление воды, а высокая концентрация CO₂, который остаётся в газовой фазе при значительно большем давлении, чем вода, и потому выходит из магмы ещё на большой глубине, создавая мощный подъёмный импульс.

«Некоторые вулканы работают только на CO₂ — в основном острова в океане, — а некоторые управляются водой, как вулканы зон субдукции. Этна — один из немногих вулканов в мире, где оба вулатильных компонента конкурируют, — говорит Гасель. — Это показывает: при определённом пороге CO₂ извержение приходит с очень большой глубины и очень быстро, а когда преобладает вода — процесс контролируется на мелководных уровнях».

Что это даёт для оценки риска

Ключевые выводы исследования и их практическое значение для вулканологии:

• CO₂ — спусковой крючок быстрых глубоких извержений: богатые углекислым газом магмы из глубин мантии способны взорваться за часы — без длительных предупреждающих сигналов, которые даёт медленный подъём.
• Вода управляет «верхним» этажом: извержения с водяным паром как главным агентом разворачиваются на меньших глубинах и медленнее — у геологов больше времени и сигналов для предупреждения.
• Один вулкан — разные сценарии: это означает, что оценивать риск конкретного вулкана нельзя по одному шаблону. Этна доказала, что даже один и тот же вулкан может «переключаться» между режимами в зависимости от источника магмы.
• Новый метод работает: рамановская спектроскопия кристаллических включений позволяет реконструировать историю подъёма магмы с точностью, недостижимой для традиционных химических анализов.
• Масштабирование на другие вулканы: группа Гасела уже применяет метод на вулканах Чили и Гавайев. Для Гавайских вулканов — см. предыдущую публикацию Cornell Chronicle, май 2025 года, «Tiny gas bubbles reveal secrets of Hawaiian volcanoes».

Для понимания масштаба задачи: в мире насчитывается около 1 350 потенциально активных вулканов, и лишь для небольшой части из них существуют детальные модели подповерхностных систем. Рамановский метод Гасела — один из немногих инструментов, позволяющих получать такие данные по историческим извержениям без современного мониторинга.

Эстебан Гасель также отметил, что Этна — не только идеальный полигон для науки, но и объект глубокой исторической и мифологической значимости: в греческой мифологии под её вершиной похоронены гиганты Тифон и Энцелад, побеждённые олимпийскими богами.

«Если смотреть на «водопроводную систему» плинианского извержения, она похожа на Тифона — вытянутая и змеевидная, а другая — на Энцелада, поменьше, — улыбается Гасель. — Когда работаешь на Этне, трудно не погрузиться в историю, классику и отличную еду».