Выделение воды из отслоившихся кусков земной коры стало причиной мощного вулканизма на Камчатке

Российские ученые с иностранными коллегами выяснили происхождение сотен небольших вулканов из Срединного Хребта на Камчатке. Они предположили, что причиной плавления мантии и последующего вулканизма стало выделение воды из отслоившихся кусков земной коры. Предложенный механизм может объяснить происхождение большого объема магмы не только на Срединном Хребте, но и в других регионах. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда. Статья с результатами работы опубликована в журнале Contributions to Mineralogy and Petrology, кратко о них рассказала пресс-служба РНФ.

Большинство действующих и потухших вулканов Камчатки связано с субдукцией — процессом погружения одних блоков земной коры под другие. Такое случается, когда литосферные плиты движутся навстречу друг другу и одна из них начинает «подныривать» под вторую, провоцируя землетрясения и активный вулканизм. Под влиянием субдукции, действовавшей более пяти миллионов лет назад под Камчаткой, сформировалась мощная горная цепь, протянувшаяся с юго-запада на северо-восток полуострова — Срединный Хребет. С тех пор субдукция в том месте перестала действовать и вулканический фронт сместился к восточному побережью, где образовалась вторая горная цепь, параллельная Срединному Хребту, — там сейчас расположены почти все активные вулканы.

Упрощенная карта Камчатки с указаниями мест взятия проб. Источник: Nekrylov et al./Contrib. to Mineral., 2021

Однако около четверти всех молодых (моложе 50 тысяч лет) вулканических пород Камчатки извергнуты именно в районе Срединного Хребта. Существовало несколько гипотез о происхождении такого большого объема лавы: одни исследователи называли причиной плавления мантии понижение давления, другие связывали это явление с влиянием современной субдукции. Ученые из Минералогического музея имени А. Е. Ферсмана и Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова совместно с коллегами из Женевского университета и Университета Тасмании заметили характерную особенность молодых пород Срединного Хребта, которая в итоге и позволила определить, какие процессы привели к возникновению магматических очагов и мощной вулканической активности.

Геологи исследовали породы из вулканов Южный Черпук, ЛИ и Тобельцен, расположенных в южной, центральной и северной вулканических зонах соответственно. Ученые смогли восстановить состав расплава, который существовал в магматической камере до извержения, и оказалось, что в нем высокое содержание воды и низкое содержание хлора. Эта и другие особенности состава расплава позволили предположить, что вода выделилась из-за разложения амфибола. Этот минерал, содержащий воду в своей структуре, есть в нижней части земной коры, но начинает разрушаться под влиянием больших температур и давлений. Согласно модели, предложенной учеными, фрагменты нижней коры отслаивались и погружались в более горячую мантию, постепенно нагреваясь и «обезвоживаясь» из-за разложения амфибола, а выделившаяся вода способствовала плавлению окружающих мантийных пород. Во время второго эпизода вулканизма на Срединном Хребте образовалось 2–2,5 тысячи кубических километров изверженных пород, которые распространились на площадь около 9000 квадратных километров. По оценкам ученых, чтобы выплавить необходимое для этого количество магмы, потребовалось отслоение не менее семи объемных процентов земной коры с такой же площади.

«Предложенный нами механизм хорошо объясняет образование большого объема магмы вдоль Срединного хребта, однако он мог иметь место и в других местах с мощной, богатой амфиболом нижней корой. Например, похожими геохимическими особенностями обладают породы из тыловой зоны вулканической дуги Центральной Америки и вулканической провинции Пайения в Аргентине. Необходимы дополнительные исследования, чтобы сделать вывод о роли разложения амфибола в образовании магмы в этих регионах», — пояснил Николай Некрылов, кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник Минералогического музея имени А. Е. Ферсмана, научный сотрудник Института экспериментальной минералогии РАН.