що гелій може розповісти про вулкани

У 2014 році викиди гелію в Єллоустонському парку наробили багато шуму. Існує теорія, що поява цього інертного газу виступає провісником вулканічних вивержень, тому його великі обсяги в районі супервулкана змусили похвилюватися не тільки американців. Дійсно гелій з’являється перед вулканічним вибухом? І що він може розповісти про вулкані?

Багато вчених вважають, що в майбутньому хімічний елемент дозволить значно поліпшити моніторинг вулканів, проте в прогнозах потрібно враховувати не сам газ в чистому вигляді, а співвідношення його ізотопів – гелію-3 (3 he) і гелію-4 (4He). Згідно з дослідженнями, ці різновиди гелію можуть з’являтися з двох джерел:

1.З мантії, де первинний газ зберігається від моменту формування нашої планети. 2.Із земної кори, де він утворюється в результаті розпаду радіоактивних елементів (торію, урану, актинія). У мантії переважає більш рідкий гелій-3, який складається з 2 протонів і 1 нейтрона, а в земній корі в більшій мірі знаходиться гелій-4, що включає в себе 2 протони і 2 нейтрона. При виділенні цих двох елементів їх можна виміряти і визначити, проступають вони з мантії або земної кори.Якщо у вимірювальних даних співвідношення 3 he/4He висока (переважає гелій-3), то домінуючим джерелом є мантія. Якщо ж низьке, то земна кора.

Щоб зрозуміти взаємозв’язок між викидами гелію і вулканічними виверженнями, вчені провели дослідження вулканічного острова Ієрро на Канарах та зробили заміри газів по всій його території. З’ясувалося, що викиди гелію зростають після землетрусів. На думку дослідників, підземні поштовхи створюють переломи в земній корі, через які просочується газ.

що гелій може розповісти про вулкани

Зростання викидів гелію на Ієрро

Разом з тим, чим ближче магма підбирається до поверхні, тим більше вивільняється гелію і тим вище стає співвідношення 3 he/4He. Перед виверженням на Ієрро 12 жовтня 2011 року викиди газу на острові зросли з 9 до 24 кг на добу, а в самому початку вулканічної діяльності їх обсяги досягли максимальних показників у 38 кг/добу. Зв’язок між зростанням 3 he/4He та сейсмічністю була помічена і в районі Мамонтових гір поряд з кальдерою Лонг-Веллі, Каліфорнія. Дослідники інтерпретують цю ситуацію як доказ того, що глибоко в земній корі під кальдерою відбувається рух магми.

Що стосується Єллоустоун, то тут дещо інша історія. Дослідження, проведене в 2014 році, дозволило зафіксувати великі обсяги гелію, які вивільнялися в межах і навколо кальдери. Найбільше газів було викинуто на південній околиці супервулкана, в районі гейзерного басейну Харт-Лейк, однак співвідношення 3 he/4He тут невисоко, тобто гази з’явилися не через дегазації магми, а в результаті розпаду важких елементів. Найвищі показники 3 he/4He зафіксовані в центрі і на півночі кальдери, де магма розташовується ближче до поверхні.

що гелій може розповісти про вулкани

В рамках дослідження учені підрахували, скільки гелію-4 може проводитися в земній корі під Єллоустоун в залежності від вмісту в ній урану і торію. Виявилося, що викиди в районі супервулкана в 600 разів перевищують показники, які повинні бути насправді при розпаді важких елементів. Це означає, що, швидше за все, гелій під Єллоустоун багато мільярдів років перебував у земній корі як в пастці і жодним чином не пов’язаний з магмою під кальдерою. Ймовірно, його вивільнення пов’язано з землетрусами та нагріванням магмою земної кори.

Таким чином, викиди гелію можуть бути ознакою виверження, а можуть і не бути. Все залежить від співвідношення 3 he/4 не та джерела дегазації. На прикладі з Ієрро, що має високе співвідношення 3 he/4 не, вся справа в рух магми, в той час як у земній корі Єллоустонському парку існують значні запаси газу, які вивільняються процесами, не приводять до виверження.