Этна и вулканологи

Центральный кратер

Все долгое время, пока шло извержение северо-восточной бокки, центральный кратер отнюдь не бездействовал. Именно внезапное обильное изливание лавы из юго-западной скважины центрального конуса и заставило меня в 1949 году впервые приехать на Этну. В тот раз главный поток прошел в каких-нибудь двухстах метрах от обсерватории, и мы еще позлорадствовали над «удачным» выбором отцов-основателей. Наши мрачные предсказания сбылись, правда, лишь двадцать два года спустя…

Тогда дно центрального кратера было относительно ровным, отчетливо виднелась широкая трещина, а громадный колодец Вораджине зиял посреди ровного «пола», покрытого толстым слоем пепла. Сейчас здесь все перемешано извержением 1964 года. Почти вертикальная стена высотой от десяти до двадцати метров, окружавшая тогда южную часть большого кратера, уменьшилась наполовину за счет напластований лавы, а кое-где вообще исчезла, особенно на востоке, где лава переползала через гребень. В кратере возникли два новых конуса примерно по восемьдесят и сто метров высотой и шириной, у основания – соответственно двести и четыреста метров. Вораджине, по-прежнему такой же впечатляющий, зиял уже не в «полу», а на вершине большего из двух конусов. Для его возведения понадобилось несколько миллионов тонн раскаленных «бомб», выброшенных из жерла во время короткого, но необычайно мощного извержения 1964 года. Кстати, в том же году высокогорный гид и неутомимый странник Этны Винченцо Барбагалло пережил свое самое сильное потрясение. Весь день мы провели в центральном кратере, лазая по хаотическим нагромождениям еще не остывших дымившихся лавовых потоков. Скапливаясь на дне, они постепенно ползли к стенкам. Я наблюдал за вариациями активности нескольких воронок вдоль ныне засыпанной большой трещины и наносил на топографическую карту происшедшие изменения. Сумерки застигли нас на кромке Вораджине. Настал тот идеальный миг, когда можно любоваться во всей красе огненными сполохами, а окружающий ландшафт, еще не до конца скраденный темнотой, придавал этому теллурическому зрелищу особую масштабность.

Колодец Вораджине немного поутих, однако подходить к нему следовало с крайней осторожностью: нет-нет да извергал он из своего нутра мощные гейзеры.

Прежде чем подобраться к кромке действующего кратера, вначале долго смотрят, какие места подвержены особо интенсивной «бомбардировке». При этом следует помнить, что траектория стрельбы может внезапно измениться и точка, которая несколько часов, а то и несколько дней подряд представлялась безопасной, оказывается вдруг под мощным обстрелом. Обычно это связано с изменением формы устья: иногда оно обрастает вязкой лавой или же его затыкает пробка обрушившейся породы, либо появляется новая скважина, пробитая изнутри едкими газами.

Итак, мы бродили по краю грохотавшей бездны величиной с площадь Согласия в Париже и глубиной не менее ста метров, откуда вырывались мощные вихри, полные искр. «Бомбы» редко падали в нашу сторону, и в этих случаях достаточно было проследить за их полетом высоко над головой. Обломки эффектно прочерчивали иссиня-черное в этот час небо, поднимаясь до апогея, затем замедляли движение, почти застывая в верхней точке параболы, и круто падали хвостатыми кометами вниз. Оказавшись в зоне предположительного падения огненного снопа, надо было пристально всмотреться в траекторию и, лишь уверившись, что снаряд действительно падает на вас, отскочить в сторону. Этот маневр следует предпринимать действительно в последний миг, дабы не прыгнуть под пролетающий рядом снаряд…

Мы с Винченцо давно уже освоили эту нехитрую уловку, поэтому редкие бомбы Вораджине доставляли дополнительное тайное удовольствие, всегда возникающее в такие моменты в подобных местах. Давно уж пала ночь, а мы все бродили и бродили, зачарованные, не в силах насытиться, по кромке колодца. Теперь, когда солнце погасло, взрывы прослеживались особенно отчетливо. В зависимости от их частоты устье окрашивалось то в пурпурные, то в желтые – червонного золота – цвета, становилось карминно-черным, а потом вновь золотилось, когда из глубины вылетали снопы тонких частиц. В паузах огненная жидкость тяжело распирала стеснявшие ее стенки. В общем, все было спокойно, и редкие падения снарядов в нашем секторе лишь оживляли картину.

И тут случилось непредвиденное, даже непредсказуемое: в нас полетела ослепительная очередь, причем не сверху, как обычно, а прямиком снизу! Сухой залп раздался рядом, и из стенки колодца вылетела струя со скоростью, которую в прежние времена назвали бы молниеносной, но я бы счел ее недооцененной, ибо она превышала триста километров в час. Рефлекторный отскок спас нам жизнь… Но кусок раскаленного шлака все же угодил Барбагалло в челюсть.

Охватившая его паника не имела ничего общего со страхом смерти. Винченцо нередко случалось смотреть ей в лицо, не теряя при этом хладнокровия. Здесь было другое – сама преисподняя разверзлась и плюнула ему в лицо!

Дьяволы, духи, циклопы, гиганты, джинны и поверженные полубоги живут в древнем чреве Этны, об этом все знают, но, черт побери, не говорят. Сюда, в жгучие пещеры вулкана, ввергли Тифона, Полифема, гневного Гефеста, скольких еще! А легенды завоевателей, которые волнами прокатывались после греков и римлян по Сицилии, всех этих готов, вандалов, франков, сарацинов, норманнов, арагонцев дополняли новыми персонажами потаенный фольклор Гадюки, как зовут между собой Этну сицилийские крестьяне… И уж если гадюка высовывает «жало», значит, вы навлекли на себя тысячелетнюю злобу свирепых обитателей геенны огненной…

Бездна

После извержения 1964 года Вораджине стал заметно глубже. Практически все эти годы он ни на секунду не прекращал умеренной активности. Если лечь на самый край и заглянуть в головокружительную глубь колодца, дышавшего серными испарениями, можно было услышать глухое рокотание вулкана и разглядеть сквозь дым слабые отблески. Но из чрева не вылетел ни один снаряд. Газы доносили до поверхности только пыль да частицы вулканического песка, а ветер быстро раздувал эту бледноватую тучку. Отсюда явствовало, что Вораджине превосходил глубиной триста метров, ибо в противном случае из устья должны были лететь лапилли величиной с орех. Другой шкалы отсчета не было.

Нам пришла в голову мысль проследить за изменением состава эруптивных газов по мере их удаления от воронки (столь громадный колодец содержал газовый столб значительной высоты).

Мы решили спустить в Вораджине прибор, который его изобретатель Пьер Зеттвоог окрестил «вулканологическим исследовательским модулем» (MEV). Нас, помнится, привело в восторг техническое совершенство американского «лунного исследовательского модуля» (LEM), и вот, располагая в миллиарды раз меньшим бюджетом, чем НАСА,[1] мы смастерили самоделку для автоматического взятия газовых проб и измерения их температур. Наш зонд представлял собой цилиндр 1 метр в длину и 30 сантиметров в диаметре. Чтобы жар над действующим жерлом не испортил или просто-напросто не расплавил зонд, мы одели его в водяную рубашку и укутали в асбест.

Для спуска над зевом колодца шириной двести пятьдесят метров натянули проволоку с подвижным блоком, через который перебросили трос с модулем. Опускали его с превеликой осторожностью, опасаясь, как бы он не застрял на внутренних выступах жерла; могло случиться и так, что конец троса, к которому крепился цилиндр, расплавится и обломится под собственной тяжестью.

Первый сюрприз не заставил себя ждать: 400 метров троса размотались до конца, а цилиндр так и не достиг дна. Выходит, колодец был глубже. Второй сюрприз, после того как битый час мы в поте лица своего крутили двойную рукоятку лебедки, дабы извлечь модуль из колодца, преподнес термометр: температура в жерле не превысила 16 °C… Значит, на четырехсотметровой глубине зонд был еще далеко от горячей зоны… Пробы подтвердили это: в ампулах был лишь воздух, слегка смешанный с S02 и С02. Думаю, это покажется парадоксальным читателю, которому довелось побывать у края Вораджине; там он наверняка чихал и плакал, когда порыв ветра накрывал его дымом из жерла. Как же так? Неужели во внешнем султане содержится больше удушливых и раздражающих газов, чем четырьмя сотнями метров ниже?… Нет, конечно! Просто наши ампулы были устроены таким образом, что впускали только газы, исключая любую жидкость.

Между тем большая часть S02 и H2S, выделяемых действующим вулканом, успевает раствориться во время долгого подъема по колодцу в мельчайших капельках конденсированной влаги, оседающей на выброшенных взрывом частицах базальтовой пыли и микрокристалликах, образующихся при охлаждении газов. Это и есть те самые кислые туманы, едкие аэрозоли, которые на гребне жерла раздражают слизистые оболочки, разъедают металлические части оборудования и даже хлопковые нити одежды (шерсть, кстати, отлично сопротивляется им). Без учета корродивных аэрозолей и микроскопических осадков нельзя понять смысла происходящих в глубине событий.

На следующий год мы предприняли новую попытку, на сей раз с тысячеметровым тросом. Результат вышел такой же: 31 августа 1971 года глубина Вораджине превышала километр… На сколько? Этого мы уже никогда не узнаем, ибо 21 сентября Антонио Николозо, проходя возле колодца, увидел, что на двухсотметровой глубине плескало и тяжело ворочалось озеро лавы. Несколько дней спустя озеро застыло. Лишь маленькая отдушина продолжала целиться в небо посреди свежего «пола» из черного базальта. Оттуда с оглушительным громом вылетали каменные «снаряды», достигая жуткой высоты.

Поведение вулкана непредсказуемо, и прожекты, которые мы строим на их счет, почти всегда оказываются эфемерными.

Дыхание вулкана

Непрестанная активность Этны – сущая благодать для многих. Для густого населения ее подножия, поскольку плодородие полей и садов поддерживается естественным опылением из кратера. Благодать для любопытствующих туристов, приезжающих взглянуть на действующий вулкан; опять-таки благодать для тех, кто этим туризмом кормится и живет. Это, наконец, благодать для вулканологов.

Постоянная, к тому же большей частью умеренная активность – редкая удача для исследователей. Добавьте сюда разнообразные преимущества, которые представляет вулкан, расположенный на земле древней цивилизации, начиная от лабораторий и магазинов в крупных городах, кончая средствами сообщения, торными дорогами, а главное – аэродромом, сокращающим до двух-трех часов путь из Парижа до Этны.

Постоянство этнийской активности позволяет заблаговременно составлять программы исследований. Можно быть уверенным, что к назначенной дате хотя бы в одной скважине будет наблюдаться интересная форма эруптивной деятельности – вещь, весьма проблематичная на обычном вулкане, если он вообще не уснул. Некоторые замеры необходимо делать прямо в жерле, а не на почтительном расстоянии от огнедышащей бездны. Это, в частности, относится к химическому составу газов и их физическим характеристикам. Где их взять, если не в устье? На воздухе газы сразу трансформируются. Расширение, охлаждение, химические изменения в результате взаимных реакций, смена температурных условий и давления, окисление кислородом воздуха или же, если фумаролы проходят через скальные породы и вулканический пепел, подземными водами – все это полностью меняет характеристики летучих частей вулканических выбросов и скрывает их истинную природу.

Необычайно резкие колебания амплитуд эруптивной газовой фазы (как она зовется на научном языке) были впервые выявлены Тонани, Эльскенсом и мной в 1963 году на Стромболи. Эти вариации, важные для понимания законов, управляющих вулканическими явлениями, затухают с расстоянием. Уже в метре от магмы температура часто падает примерно с 1000 °C до нескольких сот градусов, а содержание воздуха в аэрозолях превышает девять десятых объема. Оставшаяся часть – обедненная, окисленная, охлажденная – очень далека от картины, какую являли газы долю секунды до того, и уж, конечно, они не имеют ничего общего с «оригиналом». Восстановить по ним протекающие в огненной толще магмы процессы нет никаких шансов. О приближении эруптивной фазы могли бы сигнализировать газы в момент зарождения. Однако для этого следует брать пробы непосредственно в расплавленной массе.

Даже на постоянно действующем вулкане такая задача весьма и весьма непроста. Вспоминаю сейчас одну спокойную «лужу», мы натолкнулись на нее лет десять – пятнадцать назад где-то между центральным кратером и северо-восточной боккой. Когда мы ее увидели, она еще была жидкой, вишневого цвета и пускала пузыри, потом на глазах застыла. Тончайшая черная корочка заблестела на ее поверхности; корочка была не сплошная, а состояла из отдельных налезающих друг на друга пластин. Магма еще испускала газы, она уже частично дегазировалась в мощном центральном кратере, однако здесь, в «луже», скопившиеся газы все же приподнимали пластины корки, их черные челюсти раскрывались на мгновение, показывая раскаленную плоть. Отчетливо слышалось тяжелое свистящее дыхание. Потом базальтовые губы вновь смыкались над красной пульпой, и темная чешуя продолжала дрожать на теле умирающего дракона, время от времени раздвигаясь вновь…

Вот уже двадцать лет я веду с Жаком Лабейри классическую полемику о причинах вулканической активности. Началась она, если не ошибаюсь, в 1952 году, когда мы залезли в громадную каверну в Пиренеях – пещеру Пьер-Сен-Мартен. А продолжается спор и поныне. Суть его в следующем. Связан ли вулканизм с водой океанов, морей, близлежащих озер или даже подпочвенными водами? Почти во всех газовых пробах обнаруживается, причем в обилии, водяной пар. Как он туда попадает, извне или же выходит из глубин вместе с магмой? Как образуется углекислый газ – один из главных составляющих вулканических выделений, в магме или же в результате разложения под действием высоких температур известняков земной коры?

Я склонен считать, что и вода и углекислый газ абиссального происхождения, Жак убежден в обратном. Исследование проб углекислого газа могло бы дать в этой связи ценную информацию. Лабейри – физик университетского закала. Он всегда переполнен идеями, а поскольку под рукой у него есть необходимое обрудование (Жак руководит лабораторией слабой радиоактивности в СНРС[2] и возглавляет отдел электронной физики Центра ядерных исследований в Саклэ), он сразу же переходит к опытной проверке своих идей, ставит эксперименты и обрабатывает результаты.

… Итак, мы стояли вдвоем над «лужей», завороженно глядя, как она ворочается и дышит по-звериному. Возможно, сейчас мы сможем разрешить свой спор. Дыхание исходило прямиком из толщи расплавленных силикатов, еще не «зараженных» воздухом или водой с поверхности Земли. Входящие в состав двуокиси углерода изотопы должны различаться в зависимости от того, образовались ли газы в верхней мантии, под толщей земной оболочки, конкретно – в столбе магмы, прошедшей через эту оболочку, – или же под влиянием атмосферного воздуха. Пропорции содержания С12, С13 и С14 должны многое прояснить.

Сказано – сделано… Меж черных губ огненной змеи ввели трубку из красной меди, к свободному концу ее подсоединили маленький насос, заканчивающийся сосудом с чистым аммиаком, и, сменяя друг друга, принялись прилежно крутить рукоятку. Процедура длилась достаточно долго: мы хотели получить хотя бы минимум углекислого газа, необходимый для изотопных проб.

Место было спокойное. Северо-восточная бокка и Вораджине располагались по соседству, но много выше, так что грохот их взрывов поглощали толстые стены шлаковых конусов. А лавовые потоки изливались из щели ниже и были нам не видны. Наша чудесная лужица играла роль своего рода наружного манометра, реагировавшего на сотрясения магмы в большом кратере. К счастью, эти сотрясения едва чувствовались, ибо иначе находиться возле нее было бы небезопасно… Впрочем, мы и так держались настороже. То, что происходило за толстыми стенами шлакового бастиона, нас не беспокоило: мы были надежно изолированы от кратера. Но эти толчки, от которых раскрывались базальтовые трещины и дрожала кроваво-красная пульпа, эти толчки отзывались в нас беспокойством.

Операция прошла успешно, но результаты вышли обескураживающими: количества забранного углекислого газа не хватило для определения содержания С13 и С14. Придется ждать другого случая, чтобы «прокрутить» опыт более удачно, и тогда, возможно, разрешится наш долголетний спор.

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.