Забудьте о нефти или воде. В Исландии копатели колодцев добывают магму вулкана

Вулканы Исландии

В 2009 году компания при бурении скважины в поисках геотермальной энергии случайно обнаружила магматическую камеру, из которой вырвался поток пара и осколки стекла.

После многих лет усилий вулканологи готовы открыть врата в ад. С края кратера Вити («ад» по-исландски), небольшого кратера в 10-километровой кальдере вулкана Крафла, Отто Элиассон смотрит вниз на спокойное травянистое поле, идиллию вокруг которого нарушает только легкий потрескивающий звук метеостанции. Это скоро изменится, – говорит Элиассон, научный директор Центра геотермальных исследований Эймура. Через десять лет это место может стать центром вулканической активности.

Главная достопримечательность находится в двух километрах ниже этого места на вулканически гиперактивном острове, который разделен надвое расширяющимся Срединно-Атлантическим хребтом. В 2009 году бурильщики, пытавшиеся получить здесь горячую воду для геотермальной энергии, случайно пробили скрытую магматическую камеру. После излияния пара и осколков стекла из затвердевшей магмы скважина образовала самый горячий известный геотермальный источник, пока обсадная колонна не обрушилась.

Сейчас исследователи возвращаются, чтобы намеренно проникнуть в расплавленную породу, используя более мощное оборудование, чтобы создать единственную в мире долгосрочную обсерваторию магмы. “Мы были на Марсе. Мы были на Венере”, – говорит Паоло Папале, научный директор Национального института геофизики и вулканологии Италии. “Но мы никогда не видели магму под поверхностью Земли”. Результаты могут помочь объяснить, как магма движется через кору, улучшая прогнозы извержений. Они также могли бы пролить свет на то, как формировались и росли континенты.

В мае испытательный стенд Krafla Magma (KMT) получил финансирование от Международной Континентальной программы научного бурения, которая заявила, что проект является одним из ее главных приоритетов на десятилетие. Благодаря этой поддержке, наряду с многомиллионным финансированием Исландии и других европейских исследовательских агентств, проект вступил в фазу подготовки в этом месяце. Это поможет утвердить технологии, необходимых для удержания скважины открытой, несмотря на коррозию, вызванную перегретой водой, в рамках проекта будет проведено геофизическое зондирование магматической камеры и смоделировано, как она будет вести себя после проникновения.  Работа с первой скважиной стоимостью до 25 миллионов долларов может начаться уже в 2023 году.

Не имея возможности изучать магму напрямую, вулканологи полагаются на измерения поверхности с помощью сейсмометров, датчиков GPS и радиолокационных спутников, чтобы угадать ее движение. Они могут исследовать замерзшие магматические камеры, эксгумированные землетрясениями, но эти останки являются неполными, выборочно истощенными древними потоками лавы. Они могут изучать лаву на поверхности, но к тому времени образцы теряют большую часть захваченных газов, которые вызывают извержения и влияют на первоначальную температуру, давление и состав магмы. Кристаллы и пузырьки в застывшей лаве являются ключами к ее первоначальному состоянию. Но образец из Крафла покажет исследователям, являются ли эти оценки “вымышленными или достоверными”, – говорит Джон Эйхельбергер, вулканолог Южного Методистского университета и руководитель проекта Krafla Magma (KMT) .

Карта Исландии с тектоническим разделением

В Исландии, расколотой тектоническими плитами, находится множество действующих вулканов. В Крафле магма находится близко к поверхности.

Получение образца также покажет истинную природу магматической камеры. Большинство ученых отвергают карикатурный вид магматических камер как адских подземных озер. “Мы думаем об этих системах как о каше” – небольшом количестве жидкости между кристаллизованными зернами – “а не как о жидком воздушном шаре”, – говорит Мари Эдмондс, петролог из Кембриджского университета.

Но Крафла, который в последний раз извергался в 1984 году, может быть исключением. Стекленные долота из буровой кампании 2009 года намекали, что магма не только жидкая, но и циркулирует, взаимодействуя с расплавом внизу. “Это самое шокирующее, что мы узнали до сих пор”, – говорит Эйхельбергер. Но мало что известно о размерах магматической камеры или о том, как долго она существует – вопросы, на которые может помочь ответить КМТ. “Он как бы видит сквозь темное стекло”, – говорит Эйхельбергер.

КМТ также поможет ответить на основные вопросы о сырье континентальной коры. Морское дно земли и большая часть Исландии образованы из базальтовой магмы – во многом той же материи, которая существует в мантии. Но гранитные породы континентов образованы из более липкой, богатой кремнеземом “риолитовой” магмы, которая, как полагают, находится ниже участка KMT. Никто не знает, как возникает магма, образующая континент. Одна из идей состоит в том, что базальтовая магма изменяется морской водой, плавится и в конечном итоге извергается из вулканов в форме риолита. Эйхельбергер сказал, что образцы риолита с преобладанием базальта из Исландии могут дать представление о том, как этот процесс работает во всем мире.

KMT намерена собирать множество образцов с течением времени и внедрять датчики в магму и вокруг нее для измерения тепла, давления и даже химического состава, несмотря на температуру выше 1000°C. “Технические проблемы огромны”, – говорит Венди Борсон, вулканолог из Школы шахт Колорадо. Партнеры по бурению KMT проводят испытания гибких муфт, которые позволяют стальному вкладышу расширяться и сжиматься при экстремальных температурах. Другие разрабатывают инновационную электронику, способную выдерживать жару и давление, которые однажды могут быть использованы на Венере.

Эти технологии также могут принести пользу многим исландским геотермальным энергетическим компаниям, которые избегают самых горячих пород. Приближение магмы может резко увеличить энергетический потенциал отдельных скважин – как это было ясно видно в случайной скважине 2009 года, которая сама по себе может обеспечить энергией небольшой город. “Геотермальная промышленность действительно хочет понять реальный источник своей энергии”, – говорит Хьялти Палл Ингольфссон, управляющий директор Исландского кластера геотермальных исследований.

Большое количество воды, закачиваемой для охлаждения и смазки буровой установки, вероятно, немного нарушит вулканическую систему, и геофизики будут внимательно следить за этим. Существует мало опасений по поводу извержения, учитывая спокойное состояние скважины 2009 года, но удаленное, необитаемое место – еще один аргумент в пользу проекта. Изменения скорости сейсмических волн после бурения могут выявить степень магмы, говорит Папале. Наблюдение за этими тонкими изменениями также может помочь предсказать будущие извержения риолита. В то время как ученые довольно хорошо распознают предупреждающие знаки вулкана, ложных срабатываний предостаточно.

И если KMT останется на месте, ученые в конечном итоге смогут наблюдать извержение в действии с точки зрения подземного источника магмы. “Это будет золото”, – говорит Ян Лавалли, вулканолог из Ливерпульского университета. “Это обязательно произойдет”.

Пол ВуозенПол Вуз

Пол – штатный журналист Science

Читайте также: