Симфония № 6. Углерод и эволюция почти всего

Вулканолог Мари Эдмондс годами изучает действующие вулканы — а началось ее увлечение в 1980 г. с телевизионной передачи BBC об извержении вулкана Сент-Хеленс{109}. «Мне было всего пять лет, — рассказывает она, — но у меня остались яркие воспоминания о рядах поваленных деревьев, вырванных с корнем боковой ударной волной». Подбадриваемая своей семьей и преподавателями, Мари серьезно занималась наукой и музыкой (как концертирующая пианистка). Наука взяла верх, но тогда Эдмондс стала разрываться между изучением Земли и астрономией (Мари хотела стать астронавтом), пока геология не победила в предвыпускной год.

Работая ныне в Кембриджском университете, где в свое время она окончила бакалавриат, а потом получила и степень PhD, Эдмондс ведет жизнь, полную приключений. После защиты диссертации Мари работала в вулканических обсерваториях на Карибах и Гавайях и участвовала в экспедициях на многие действующие вулканы: пробудившийся в 2004–2005 гг. Сент-Хеленс, извергавшуюся в 2006 г. Августину на Аляске и исключительно опасный Суфриер-Хиллс на карибском острове Монтсеррат. Полевая работа Эдмондс была временами весьма рискованной. Непредсказуемые взрывные извержения Суфриер-Хиллс были достаточно серьезными, но самую большую опасность представляли неисправные вертолеты. «Как-то дверь вертолета, которая была прямо рядом со мной, отвалилась и пролетела в десятке сантиметров от хвостового винта, чуть не задев его. В другой раз один из двигателей заглох. Мы делали много такого, чего я определенно не стала бы делать сейчас, когда у меня есть дети, которые во мне нуждаются!»

В своих изысканиях Эдмондс фокусирует внимание на том, что возвращается обратно наверх. В одном важном исследовании, опубликованном в журнале Science в 2017 г., Эдмондс работала с другой выпускницей Кембриджа — Эмили Мейсон (которая сейчас готовится к получению степени PhD), изучая углерод, выбрасываемый отдельным семейством островодужных вулканов — цепочки вулканических островов, которые формируются там, где сталкиваются две океанические литосферные плиты{110}. Когда в зоне субдукции одна плита ныряет под другую, влажные погребенные породы нагреваются, частично плавятся и образуют магму, которая поднимается, выстраивая изогнутую линию вулканов; примером этого служат Алеутские острова на Аляске. Эта цепочка длиной в 1770 км включает в себя десятки вулканов, иные из которых извергаются чуть ли не каждый год. Все эти величественные пики испускают углекислый газ. Эдмондс и Мейсон захотели узнать его источник.

Исследовательницы сосредоточили свое внимание на изотопах. Я о них уже много говорил выше. Тяжелый углерод, в котором содержание углерода-13 выше среднего, происходит из карбонатных минералов, которые разложились до CO₂ под действием тепла. Более легкий углерод образовался, вероятно, биологическим путем — посредством разложения некогда живых клеток. Но сами по себе изотопы углерода не дают полной картины, поскольку все тяжелые карбонаты выглядят одинаково, будь то подвергшиеся субдукции, а затем вновь поднявшиеся из глубин, или гораздо более поверхностные, которые случайно оказались на пути горячей магмы.

Эдмондс и Мейсон решили проблему глубины происхождения карбонатов, вглядевшись в изотопы гелия: более легкий гелий-3 приходит из мантии Земли, тогда как гелий-4 сконцентрирован скорее в коре. Во многих вулканических зонах, включая Италию, Индонезию и Новую Гвинею, исследовательницы обнаружили характерные признаки тяжелого гелия, указывающие на известняк земной коры — т.е. не участвовавшие в субдукции карбонаты — как главный источник извергаемого углекислого газа.

Это очень важный вывод. Если солидная доля углекислого газа, выбрасываемого из вулканов, имеет поверхностное происхождение, тогда получается, что большое количество переработанного на глубине углерода не выходит обратно наверх через вулканы. А значит, в зонах субдукции погружается и изымается из оборота намного больше углерода, чем мы ранее думали. «Мы поймали немного углерода, которого не было в исходном уравнении, — объясняет Эдмондс. — Так что вывод такой: в мантию может возвращаться больше углерода, чем считалось раньше».

Предсказание извержений с помощью углерода {111}