Текст книги "Этна и вулканологи"

Вулканы и вода

Мысль о том, что вулканизм обусловлен поверхностными водами, достаточно старая. Думаю, она родилась от физической близости моря к большинству вулканов. Достаточно бросить взгляд на карту полушарий: Анды, Алеутская цепь, цепи Камчатки, Курил, Японии, Филиппин, Индонезии, Меланезии, Новой Зеландии, Атлантики, Индийского океана, Южных морей, Антарктики, наконец, Средиземноморья, где даже «континентальные» вулканы Везувий и наша Этна стоят одной ногой в воде. С другой стороны, почти все вулканы Африки и многие другие удалены на сотни, а то и на тысячи километров от океана. Подчас там нет поблизости и озер (скажем, на плато Тибести в Сахаре, Судане, Танзании или Афаре). Следует заметить также, что вулканы Анд или Мексики, которые на мелкомасштабной карте прилегают к берегу Тихого океана, в действительности отстоят от него иногда на триста километров, что делает весьма сомнительным взаимодействие между их глубинными корнями и океаническими водами…

Роль воды в вулканическом процессе значительно преувеличивалась, и на то были свои причины. Дело в том, что почти все пробы вулканических газов содержат от 80 до 99 % Н₂0. Отсюда был сделан вывод: водяные пары составляют основу вулканических эманации. Следующий шаг был логичен – означенная вода берется из моря, а если его нет, то из озера или же из подпочвенных пластов.

Наши собственные результаты, однако, подтвердили данные редких предшествующих анализов, пробы для которых брались непосредственно из раскаленной лавы, а не из фумарол, более или менее удаленных от источника (даже «менее» в этом случае полностью искажает картину!). Оказывалось, что всякий раз, как взятие проб проходило в надлежащих условиях (непосредственно из жидкой лавы), содержание воды было далеко не столь значительным, а иногда просто падало до… нуля. Сказанное относится не только к континентальным вулканам, таким, как Ньирагонго или Эрта-Але, но и к тем, которые тесно связаны с морем, – Килауэа, Стромболи или Этна… Отсюда мое убеждение: поверхностные воды, и в частности океанические, не играют никакой роли в причинах вулканизма. Возможно, они каким-то образом влияют на форму извержений, но это уже вторичная роль.

После того, как воде отвели ее законное, достаточно скромное место в вулканическом процессе, на первый план вышли другие элементы газовых эманации. Речь идет прежде всего о двуокиси углерода; как правило, это самая обильная доля выделений. Откуда берется этот С02? Вот в чем вопрос. Будем надеяться, что это тоже выяснится рано или поздно в результате анализов изотопов углерода, несмотря на неудачу, постигшую нас возле лавовой лужицы, и две-три другие столь же неплодотворные попытки.

Резонно подозревать этот углерод в поверхностном происхождении, то есть что его выделяют известняки, в свою очередь являющиеся окаменелыми останками живых организмов.

Что касается серы, то ее глубинное происхождение не подвергается сомнению, по крайней мере до настоящего времени. Вулканические эманации иногда богаты двуокисью серы S0₂ (сернистый ангидрид) и довольно часто содержат сероводород H₂S, последний легко угадать по характерному запаху тухлых яиц. Редко когда можно наблюдать чистую серу в газообразном состоянии. Единственный раз я видел это в удивительнейшем кратере вулкана Иджен, который напоминает сытого кота, дремлющего на восточной оконечности Явы. Причудливые золотистые завихрения, поднимающиеся с широкой поверхности молочно-бирюзового озера, заполнившего кратер, являются не чем иным, как смертоносной смесью кислот. Бывает, что в газах, выходящих из скважин перед извержением, оказывается в значительной пропорции водород. Вполне возможно, что именно он провоцирует определенного типа взрывы, которые мы наблюдали, в частности, на Этне в апреле 1971 года. Тогда помимо обычных вспышек чисто механического свойства (то есть обусловленных разрывами расплавленной лавы или скальных пород) раздавались сухие очень короткие взрывы. При этом они сопровождались не гирляндами выбросов, а довольно странными явлениями. В течение доли секунды было видно, как из раскаленной жидкости вдруг показывается быстро раздувающаяся газовая сфера. Мгновением позже она вдвое, вчетверо, вдесятеро увеличивала свой объем и лопалась. Ошметки лавы включались в очередной фонтан, добавляя ему жару. Вполне вероятно, что эти короткие изотопические взрывы и были следствием мгновенной реакции вулканического водорода с кислородом воздуха.

Газовые выбросы

Одну из трудностей для исследования представляет непостоянство газовых смесей, выходящих, как правило, при температуре 1000–1100° С из питающего жерла. В атмосфере температура резко падает в первую же секунду – на несколько сот градусов в метре над воронкой. Компоненты газовой смеси действуют соответственно своей физической и химической природе: одни собираются в капельки, другие выпадают в виде микрокристаллов, третьи вступают во взаимодействие между собой и окисляются. Едва оторвавшись от магмы, газы уже не являются «оригинальными». Вот почему мы с таким упорством подбирались как можно ближе к источнику.

Наша настойчивость дала кое-какие плоды. Скажем, мы выявили крайнюю изменчивость химического состава эруптивных газов; удалось установить также, что вода не является их главной составной частью. Не обошлось и без треволнений на северо-восточной бокке.

Инцидент произошел в то время, когда у нас все еще не было никаких кредитов и мне каждый раз надо было выискивать средства на продолжение перспективных работ. Я, правда, надеялся, что, если результаты первых наблюдений подтвердятся, мы в конце концов сможем убедить кредитоспособные инстанции. Действительно, так оно и случилось несколько лет спустя, когда СНРС взял шефство над нашими изысканиями. Но тогда, в 65-м, нам приходилось довольствоваться собственными ресурсами, скудность которых, к счастью, восполняли блестящая изобретательность и отменные теоретические познания Франко Тонани, а также выдумка химика Эльскенса. Горячее рвение в таких условиях многим исследователям показалось бы сегодня совершенно неприемлемым. Но наша воля была прочна, а дух непреклонен.

Воля в особенности нужна была Эльскенсу, который боялся вулканов и не скрывал этого. Страх поселялся в нем, едва он покидал свою лабораторию при Брюссельском университете и садился в самолет на Катанию. Страх возрастал, по мере того как сокращалось расстояние между ним и кратерами. Нельзя было не восхищаться его мужеством, глядя, как он идет со всеми, хотя для всех остальных этот поход был не страшнее загородной прогулки на автомобиле.

В тот день мы использовали разработанную Эльскенсом технику для взятия серии проб на хорнито, возникшем над скважиной в подножии северо-восточного конуса. Хорнито – особенно благоприятные образования для такой работы. Их сооружают лавовые фонтаны, когда, падая на землю достаточно горячими, они спаиваются друг с другом. Таким образом, выходящие через отдушину в вершине хорнито газы почти не успевают смешаться с воздухом. Кроме того, возле этих побочных скважин можно стоять сколько угодно, не очень страдая от жары.

Хорнито имеют и минусы: выходящие оттуда газы в отличие от тех, что выделяет жидкая лава, являются остаточными. Основная дегазация происходит в кратере, куда непосредственно подходит столб глубинной магмы.

Мы провели на хорнито добрых два часа. И все это время я с вожделением поглядывал наверх: в ста метрах над нами из губы рокочущей бокки выходил дивный фумарол. Он резко утолщался при каждом взрыве (их раздавалось по дюжине ежеминутно). Подобная синхронизация означала, что между боковым фумаролой и кипящей в кратере лавой существует тесная связь. Газы были смешаны с воздухом и водой, поскольку им пришлось пройти несколько сот метров сквозь еще горячую, но уже успевшую окрепнуть породу, между слоями которой наверняка набрался воздух. Но как бы там ни было, фумарол, меняющий свой объем при каждом взрыве, несомненно, представлял интерес. Вожделение мое все росло…

Правда, до фумарола надо было суметь добраться и простоять там нужное время, пять – десять минут, иначе не собрать образцов для полного химического цикла. К счастью, кратер не слишком «бомбил» тот край. Сильный северный ветер, как часто бывает на Этне, относил в противоположную сторону вулканические снаряды. За эти два часа их вылетело несколько тысяч, и ни одна бомба не изменила траектории.

Решено, как только закончим работу у подножия хорнито, полезем наверх. Возможно, там удастся сделать серию замеров, наглядно подтверждающих крайнюю изменчивость газовых выбросов.

Сказано – сделано. Взяв последнюю пробу, я оставил своих спутников складывать оборудование, а сам взвалил рюкзак на плечи и начал карабкаться по склону. Идти было довольно легко, если не считать опасных колебаний почвы. Бомбы и шлаки, скопившиеся на склоне, держались на честном слове: стоило потревожить один камень, как он грозил вызвать лавину. К счастью, на сей раз можно было помогать себе руками, не боясь их обжечь.

Однако на практике сто пятьдесят метров до вершины значительно растянулись: приходилось на каждом шагу останавливаться и следить за полетом бомб. Это могло бы показаться лишним после того, что я рассказал: ветер по-прежнему, как и два часа назад, услужливо относил к югу хвостатые кометы, безостановочно возносившиеся над кратером. Однако правила предосторожности следует выполнять на вулкане строжайшим образом, равно как в альпинизме, спелеологии, при подводных погружениях и на автостраде…

Друзья следовали в пятидесяти метрах ниже. Кто-то окликнул меня: оказывается, несмотря на все верные рассуждения, я забыл внизу шлем; вот вам и осторожность… Но меня снедало нетерпение, хотелось как можно скорее добраться до фумарола. Я не стал ждать. К тому же за все утро на этом склоне ни разу не возникло опасной ситуации. Надо заметить, что наши шлемы собственной конструкции очень удачны: они легки, а их надежность не раз испытана под обстрелом. Шлемы были выполнены из пластифицированного стекловолокна. Они опирались на плечи, а не на голову: в случае попадания бомбы основной удар приходился не на слабые мышцы шеи, как в обычной каске, а на мощные мышцы спины. Шлем хорошо защищал от прямых падений сверху, но против боковых ударов он был слабой защитой.

Когда я добрался до моего фумарола, газы со свистом вырвались наружу – добрый знак. Значит, их давление намного превышало атмосферное, и, таким образом, был лишний шанс сохранить первозданную чистоту.

Первый взрыв в кратере, к моему удивлению, не был слышен (по прихоти акустики я оказался в зоне тишины, своего рода колоколе, куда не доходили мощные звуковые волны с противоположной стороны конуса). Я угадал взрыв лишь по внезапному утолщению фумарола. Поднял глаза – все бомбы исправно летели на юг. Товарищи были уже в каких-то двадцати метрах, и я обернулся, показывая, что все в порядке, у этой скважины можно будет плодотворно поработать. Учитывая постоянство северного ветра, обстановка складывалась благоприятно, даже больше – комфортабельно.

Очередное сотрясение фумарола указало, что в кратере произошел новый взрыв; я проследил за выбросом – он рассыпался пышной гирляндой и полетел по ветру. Взрыв вышел особо сильным: жерло изрыгнуло громадный объем лавы, значительно выше среднего, а один кусок взлетел необычайно высоко. Остальные овсяными хлопьями уже падали вниз, а он все подымался, едва различимый в васильковом небе… Все снаряды успели исчезнуть за гребнем слева от меня, когда последняя блестка вдруг стала расти. Бомбу не мотало, как все, из стороны в сторону; кажется, она летела прямо на меня. Ветер не мог сладить с таким большим куском, и он падал не отклоняясь. Спутники находились чуть сбоку, им была особенно четко видна нависшая надо мной опасность. Я услышал крик: «Берегись!»

Скорость нарастала быстро, еще быстрее, времени уже нет, но торопиться нельзя: у меня в запасе только один прыжок. От такой крупной бомбы, а она действительно была крупная, можно увернуться только в конце. Не ошибиться бы с направлением в последний, самый последний момент… В какую-то долю секунды сработал рефлекс, и я – нет, не отскочил, а, как вратарь в воротах, нырнул в сторону. И в тот момент, когда, обдирая локти, я упал на шлак, за спиной раздался грузный шлепок расплавленной массы.

Будь на мне шлем, вполне возможно, я бы не заметил «снаряда»: когда поднимаешь голову, шлем остается на плечах и закрывает видимость. Упавшая бомба была столь велика, что, несмотря на долгий полет, оставалась еще совсем вязкой. Она вряд ли проломила бы прочную каску из стекловолокна, но наверняка превратила бы меня в лавовую статую, а эта перспектива мне никак не улыбалась… После этого случая мы просверлили в верху шлемов маленькие дырочки, чтобы при надобности можно было обозреть горизонт.

Переживания были столь сильны, что в тот день мы решили отказаться от фумарола, а заодно и от тех открытий, которые он позволил бы сделать…

Исследовательская группа

Наша исследовательская группа становилась все более многочисленной: в июне 1972 года в ней насчитывалось пятнадцать научных сотрудников и около десяти помощников, которых мы окрестили «шерпами»; они носят грузы, помогают всеми доступными способами, словом, без них мы бы не смогли выступить. Конечно, радостно смотреть на такое многолюдье после стольких лет почти полного одиночества, при котором чувствуешь себя научным калекой. С другой стороны, рост группы приносит и немало новых забот. Возрастают организационные хлопоты, возрастает и риск, по мере того как на вулкане скапливается все больше народа. Честно признаюсь, мне жаль чуть-чуть уютной атмосферы теплоты и товарищества в прежних крохотных группах и того восторженного романтизма, который рождают одинокие шатания по этим необычным местам.

Однако добротные изыскания можно проводить лишь большой командой, где присутствуют специалисты различных отраслей. Тогда можно одновременно делать разнообразные замеры и в дальнейшем производить их сравнительный анализ. Комплексное изучение вулканической активности обязывает иметь у кратера значительные группы. Отныне интеллектуальное удовлетворение должно прийти на смену прежним, в общем малопродуктивным приключениям…

Крайне важен подбор людей в группу. Вначале я считал достаточным, если человек компетентен в своей области и преисполнен энтузиазма (с последним, к слову сказать, у меня вышло немало осечек). Двадцатилетний опыт, однако, убедил меня, что ценнее всего личные качества человека. Порядочность, честность, отсутствие эгоизма – первостепенные критерии при выборе спутника. Только в этом случае на него можно полностью положиться. Научная или техническая компетентность – дело наживное, как и физические качества. Тщедушный, но порядочный человек куда ценнее вздорного крепыша; одного такого мне пришлось выгнать, хотя поначалу его добродушно-медвежий облик никак не предполагал, что человек окажется алчным, ленивым и нечистым на руку…

Проблемы эти возникли лишь в самое последнее время, после того как СНРС решил выделить нам средства для большой координированной программы. Стало возможным зачислить в постоянный штат определенное число научных сотрудников. Раньше, когда речь заходила о приглашении участвовать в экспедиции, я полагался лишь на дружеские связи и полное любопытство в истинно спортивном смысле этого слова. Теперь, когда вулканология сделалась профессией и из дисциплины с неясными перспективами приобретает благодаря показанным по телевидению фильмам постоянно растущую известность, выбор приходится делать с большей тщательностью.

В 1967 году назначение нескольких инженеров ОНЕРА[3]3
  Французское Национальное управление по аэронавтике и исследованию космоса, – ONERA.


[Закрыть] положило начало современной фазе вулканологии во Франции. Может возникнуть вопрос: почему вдруг специалисты по аэронавтике и космосу оказались на моей галере? Это не так нелогично, как кажется на первый взгляд. Раскаленные корродивные газы, выходящие из сопел ракеты, столь же трудно, если не больше, поддаются изучению, как и при вулканическом извержении. Опыт работников ОНЕРА оказался крайне ценен и позволил начать фактически оригинальные исследования. Работа получила структурный характер, а условия разом улучшились.

Увы, год спустя, несмотря на обильные результаты, физики ОНЕРА были вынуждены отказаться от дальнейшего сотрудничества: распорядители кредитов больше не усматривали в нем интереса. Но нам повезло: ушедших физиков сменили ученые Комиссариата по атомной энергии. Все инженеры мне нравились своим подходом к делу: их увлеченность соседствовала со строгим математическим расчетом, а воображение подчинялось фактам.

За эти три года был сделан важный шаг – созданы приборы или по крайней мере набор инструментов для продолжительных замеров основных параметров извержения: записывающие термометры, флюксметры, тахометры, манометры и т. п. Вдобавок для испытания этих зондов на Этне кроме обычных хорнито открылась еще удивительная бокка Нуова.

Бокка Нуова

Эта воронка возникла совсем внезапно, чуть ли не под ногами моего молодого друга Антонио Николозо, занявшего место Винченцо Барбагалло. Лет десять назад к вершине была проложена дорога, и теперь «джипы» с туристами останавливаются метрах в ста от центрального кратера. В тот весенний день 1968 года он вел группу, приехавшую полюбоваться северо-восточной боккой. Едва они обогнули подножие конуса, на вершине которого расположен Вораджине, как внезапно жуткий грохот заставил туристов сломя голову броситься прочь. Антонио резко обернулся и обомлел: меньше чем в пятидесяти шагах от него в толще серого шлака раскрылся новый огненный зев, откуда метров на двадцать в небо вырывался фонтан горящих газов и никто наверное не знает, с какой глубины дыханием магмы, этот колодец менее восьми метров шириной проявлял удивительно устойчивую активность на протяжении полутора лет – вещь для вулкана неслыханная. С интервалами от нескольких секунд до нескольких минут бокка Нуова громогласно выдыхала пламя, поднимавшееся вертикально вверх и раздваивавшееся по дороге, словно змеиный язык, – дьявольское наваждение!

В каждой серии было по десять – пятнадцать выбросов, следовавших с промежутками ровно в одну и семь десятых секунды. Подобная четкая регулярность способна сбить с толку любого человека, знакомого с хаотическим, беспорядочным, почти безумным нравом извергающегося вулкана. Зеттвоог, отвечающий в нашей группе за физические измерения, предложил для этой строгой периодичности свое объяснение, похоже единственно приемлемое на сегодняшний день: данный колодец, уходящий почти вертикально вниз на глубину, во много десятков раз превышающую диаметр, действует наподобие гигантской органной трубы. Каждый взрыв у его нижнего «отверстия» выбрасывал наверх определенную порцию газов и шлаков. Быстро поднимаясь к жерлу, эти образования под влиянием эффекта резонанса сжимались и растягивались, скручивались в «узлы» и вспучивались. При этом частота модификаций зависела от длины трубы, температуры и скорости газов и т. д. На основе данных, полученных из этого устья, Зеттвоог рассчитал, что колодец уходил на триста метров в глубину.

Воронка разверзлась в склоне конуса Вораджине, метрах в ста сбоку, так что вполне вероятно, что оба колодца связаны друг с другом: либо бокка под углом входит в Вораджине, либо между ними образовался подземный канал (например, тектоническая трещина), либо их питает один и тот же столб магмы.

Все полтора года бокка Нуова сохраняла регулярный ритм своей неистовой активности. Единственная почти неуловимая вариация заключалась в том, что внутри каждой серии интервалы между выбросами увеличились с одной и семи десятых секунды до одной и восьми десятых. Однако внутри трубы, когда нам удавалось заглянуть туда, уже с октября 1969 года можно было различить определенные изменения. Легко угадывалось, что «орган» вскоре уже не будет играть с прежней четкостью. Заодно эти изменения ставили под угрозу безопасность тех, кто приближался к скважине.

До этого, если мы умудрялись склониться над боккой и вытерпеть несколько секунд ее жгучее дыхание (а это, несмотря на наши защитные одеяния и жароустойчивые маски, редко когда было возможно), мы видели лишь отвесно уходившие в расплавленную огненную массу круглые стенки. В октябре второго года жизни бокка изменилась: возле устья стенки были по-прежнему правильными, но двадцатью – тридцатью метрами ниже (точнее сказать трудно, потому что постоянных отметок здесь не было, а лежать над пеклом и сравнивать известный нам диаметр с высотой было тяжко) они обрывались. Новость никак не радовала: отсутствие стенок означало, что под колодцем образовалась каверна – гигантская калильная печь. Ее морфология напоминала знакомую мне невулканическую пещеру Пьер-Сен-Мартен. Там входной колодец вертикально уходил на глубину двести пятьдесят метров и упирался в потолок необъятного зала Лепине.

Если подобная вещь случилась здесь, было о чем беспокоиться. Полости подобного типа – карстовые и вулканические – имеют тенденцию к расширению вверх. В данном случае каверна была результатом «подрывной» работы кислых газов, нагретых до температуры 1000 градусов. Многие месяцы по две-три тысячи раз на дню они долбили скалу со скоростью 600 км/час. Адская пещера над раскаленным нутром горы все расширялась, и своды ее подходили все ближе к поверхности…

В конце концов зимой 1969/70 года кровля пещеры рухнула. Свидетелей при этом не оказалось… Новая бокка (успевшая устареть, поскольку с мая 1971 года существует бокка новее – там же, в склоне вершинного конуса) теперь выглядит круглой дырой шириной в сотню метров и примерно такой же глубины. Дно ее загромождено обломками породы, сквозь которые пробиваются невинные сернистые дымки.