Введение

Рис. 1. Строение вулкана Эльбрус (1 и 5 — магматические очаги, 2 и 3 — оболочки, 4 — канал, 6 — путь движения магмы

Всем, кто знаком с Эльбрусом, этим чудом природы, известно, что последнее извержение вулкана произошло еще в Древности, а в наши дни его активность ограничивается излияниями минеральных и термальных вод, а также выходами горячего газа и пара. Новая информация о таянии льдов, повышении температуры почвы (заметном по распространению лишайников и мхов в поясе вечного мороза), рождении фумарол ниже вершины, возникновении нового физического эффекта — световых столбов и некоторых других явлениях говорит о наращивании энергии Эльбруса. Установлены факты дегазации водорода, который поднимается к дневной поверхности не только по трещинам горных пород, но и по тончайшим порам между кристаллическими зернами. Современная интенсификация эндогенных процессов соответствует общей тенденции развития Эльбруса с увеличением в последние 10 тыс. лет частоты и силы извержений, отличающихся вязкими лавами кислого состава. Магма с температурой около 1000°С скапливается в двух очагах на глубинах около 3 и 30 км ниже уровня моря (Рис. 1).

Рис. 1. Строение вулкана Эльбрус (1 и 5 — магматические очаги, 2 и 3 — оболочки, 4 — канал, 6 — путь движения магмы

Источник: Уткин И. С., Федотов С. А., Уткина Л. И. Оценка тепла, накопленного магматическим очагом вулкана Эльбрус во вмещающих его породах, и возможности его извлечения // Вулканология и сейсмология, 2009, № 5, с. 3-23

Непрерывный мониторинг состояния магматических структур с помощью длиннобазового лазерного интерферометра-деформографа организован геофизической лабораторией Государственного астрономического института имени П. К. Штернберга. Постоянные наблюдения на вулкане проводят сотрудники Института географии РАН, Института геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН, Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова и другие коллективы исследователей.

Эльбрус исключительно интересен с точки зрения землеведения, изучающего нуклеарные геосистемы разных уровней — от планетарного до локального. Во-первых, вулкан служит ядром большой системы, включающей, в частности, область атмосферы, свойства которой изменены эмиссией глубинного водорода (что можно использовать для целей мониторинга). Во-вторых, вулкан входит в сферу влияния пограничного слоя между мантией и ядром планеты, проецируемого благодаря давлению со стороны Тихоокеанской впадины на земной поверхности по меридиану 42° в. д., то есть восточнее на 30° экваториального полюса трехосного эллипсоида вращения, расположенного у 12° в. д. (в районе вулкана Камерун). Пояс литосферы, протягивающийся между 42-м и 43-м меридианами, как и его аналог — широтная проекция ядра Земли на параллелях 60-61°, закономерно выделяется аномальными деформациями, о чем говорит высокая частота вулканических извержений (Рис. 2). Таким образом, Эльбрус может служить индикатором состояния планеты в эпоху ускоренного дрейфа ее ядра на север.

Рис. 2. Распределение вулканических извержений по долготе в Евразии. Осреднение по 130 событиям за 12 тыс. лет

Источник: расчет по данным Smithsonian Institution. Global Volcanism Program

Как будет показано ниже, предлагаемый подход позволяет установить, что Эльбрус в настоящее время представляет собой мощный источник нейтронов, водорода, воды и тепла, воздействием которого охвачено все пространство Северного Кавказа.

Стратосферный озон: истощение и его последствия

Выбросы вулкана оставляют следы в виде аномалий газового состава атмосферы, заметных при сравнении величины общего содержания озона по широтному и меридиональному профилям. Разрушение озонового слоя потоками глубинного водорода (эффект Сывороткина) прослеживается до Черного моря к западу от Эльбруса и до Каспийского моря к востоку от него (Рис. 3 и 4).

Рис. 3. Сезонный ход общего содержания озона в атмосфере в зависимости от расстояния до Эльбруса по широтному профилю от Черного моря до Каспийского моря. Осреднение за 1995-2021 гг

Источник: расчет по данным дистанционных наблюдений OMI.

Рис. 4. Среднее годовое содержание озона в атмосфере по широтному профилю на Северном Кавказе. Осреднение за 1995-2021 гг

Источник: Ibid.

К северу от Эльбруса атмосферный озон разрушается выбросами водорода на расстояниях свыше 100 км (Рис. 5).

Рис. 5. Изменение общего содержания озона в атмосфере к северу и к югу от Эльбруса. Осреднение за 1995–2021 гг

Источник: Ibid.

О воздействии вулкана на атмосферу свидетельствуют многочисленные случаи возникновения дефицита озона после землетрясений даже небольшой магнитуды (Рис. 6).

Рис. 6. Пример реакции озонового слоя на землетрясение в районе Эльбруса (6 ноября 2018 г.; координаты эпицентра: 43,51° с. ш., 42,49° в. д.; магнитуда 4,7; глубина очага 5 км). Хорошо заметно распространение возмущения в атмосфере на расстояния более 200 км

Источник: по данным OMI Time Series и ГС РАН Землетрясения России

В течение последних 17 лет в районе Эльбруса фиксируется снижение общего содержания озона в атмосфере, однако это отражение общепланетарной тенденции, связанной с усилением дегазации водорода в ядре Земли (Рис. 7). Соответствующие изменения на местном уровне очевидно начались ранее.

Рис. 7. Межгодовые изменения общего содержания озона в атмосфере на Северном Кавказе. Показаны линейные тренды

Источник: Ibid.

Экзотермическая реакция глубинного водорода с кислородом атмосферы не только сокращает толщину озонового слоя, но также обеспечивает поступление тепла и влаги, поэтому нужно ожидать, что в сфере влияния вулкана повышается температура приземного слоя воздуха и увеличивается количество осадков. Эти явления действительно обнаруживаются при сравнении результатов наблюдений на станции Нальчик (координаты: 43,51° с. ш., 43,64° в. д., высота 445 м, расстояние от Эльбруса 98 км) и станции Сочи (координаты: 43,58° с. ш., 39,77° в. д., высота 132 м, расстояние от Эльбруса 218 км) в период 1960–2022 годы (Рис. 8-10).

Рис. 8. Изменение разницы температуры воздуха в январе между станциями Нальчик и Сочи (1960-2022 гг.). Показан линейный тренд (0,45° за 10 лет)

Источник: расчет по данным PogodaiKlimat.ru

Рис. 9. Изменение разницы температуры воздуха в июле между станциями Нальчик и Сочи (1960-2021 гг.). Показан линейный тренд (0,1° за 10 лет)

Источник: Ibid.

Рис. 10. Изменение разницы годовых сумм осадков между станциями Нальчик и Сочи (1960-2021 гг.). Показан линейный тренд (16 мм за 10 лет)

Источник: Ibid.

Очевидно, что в Приэльбрусье изменения климата должны быть еще более значительными.

Потоки нейтронов

Баксанский монитор (координаты: 43,28° с. ш., 42,49° в. д, высота 1700 м), предназначенный для слежения за галактическими космическими лучами, в период работы в обстановке спокойного Солнца регистрирует многочисленные всплески нейтронов, которые следует считать земными по происхождению. Положение монитора у проекции пограничного слоя между мантией и ядром Земли предоставляет уникальную возможность изучения механизмов образования связи между геосферами, а также анализа энергетики вулканических и сейсмических процессов. Одновременное возникновение потока нейтронов и аномалии озона в моменты до или после землетрясения будет служить доказательством пробуждения Эльбруса и вместе с тем доказательством питания вулкана продуктами ядерных реакций во внутренних частях планеты.

За последние десятилетия самая крупная вспышка сейсмической активности в Приэльбрусье произошла в сентябре–октябре 2009 года, когда на территории размером 0,3° х 0,3° наблюдались землетрясение магнитудой 5,8 и около 1000 форшоков и афтершоков (Рис. 11).

Рис. 11. Распределение эпицентров землетрясений в сентябре-октябре 2009 г. около Эльбруса

Источник: по данным ГС РАН Землетрясения России.

За 12 часов до землетрясения 7 сентября 2009 года на расстоянии 12 км от эпицентра Баксанский монитор при полном отсутствии солнечных пятен зафиксировал увеличение плотности потока нейтронов (Рис. 12).

Рис. 12. Поток нейтронов в день сильного землетрясения магнитудой 5,8

Источник: расчет по данным Baksan Neutron Monitor.

Очевидно, что многочисленные землетрясения сопровождались выбросами водорода, поскольку общее содержание озона в атмосфере над Эльбрусом снизилось до очень низкого уровня (Рис. 13).

Рис. 13. Отрицательная аномалия общего содержания озона в атмосфере в период резкого повышения сейсмической активности в сентябре 2009 г. Показан полиномиальный тренд

Источник: по данным OMI Time Series.

Второй максимум сейсмической активности в Приэльбрусье датируется 23–25 декабря 2009 года, когда к юго-востоку от вулкана наблюдалось свыше 100 землетрясений, включая два магнитудой 5,6 и 5,0 с глубиной очага 8 и 7 км соответственно. Баксанским монитором 23 декабря на расстоянии около 150 от эпицентров был зафиксирован всплеск нейтронов (Рис. 14).

Рис. 14. Повышение плотности потока нейтронов 23 декабря 2012 г. за 2 часа до землетрясения магнитудой 5,6 в Приэльбрусье

Источник: Baksan Neutron Monitor.

Как и ранее в сентябре, отрицательная аномалия общего содержания озона — сигнал поступления масс водорода в атмосферу при землетрясениях 23 и 25 декабря (Рис. 15).

Рис. 15. Увеличение плотности потока нейтронов и разрушение озона над Эльбрусом при сильных землетрясениях

Источник: по данным Baksan Neutron Monitor и OMI Time Series.

Продолжительность всплеска нейтронов измеряется секундами и минутами, поэтому при часовом и суточном осреднении величина отклонения плотности потока сокращается на порядки.

В некоторых случаях поток земных нейтронов сопряжен с землетрясениями магнитудой <3 (Рис. 16).

Рис. 16. Всплеск нейтронов 14 июля 2009 г. после землетрясений магнитудой до 2,3

Источник: по данным Baksan Neutron Monitor.

Один из самых мощных потоков нейтронов на Эльбрусе ассоциируется с землетрясением магнитудой 4,7, наблюдавшимся 18 августа 2011 года (Рис. 17).

Рис. 17. Всплеск нейтронов в августе 2011 г

Источник: Ibid.

С этим событием связано формирование аномалии озона в середине августа 2011 года (Рис. 18).

Рис. 18. Озоновый слой над Эльбрусом в августе 2011 г. Показан полиномиальный тренд

Источник: по данным OMI Time Series

Обобщение имеющейся информации методом наложенных эпох позволяет сделать вывод о полной синхронности процессов генерации земных нейтронов и разрушения озонового слоя (Рис. 19, 20).

Рис. 19. Картина всплеска нейтронов в районе Эльбруса. Осреднение по 27 событиям за период 2005-2021 гг

Источник: расчет по данным Baksan Neutron Monitor.

Рис. 20. Изменения общего содержания озона в атмосфере над Эльбрусом в дни всплеска нейтронов. Осреднение по 27 событиям за 2005-2021 гг

Источник: расчет по данным OMI Time Series.

Обнаруженный феномен можно объяснить исключительно тем, что из недр одновременно с земными нейтронами в атмосферу поступает связанный с ними генетически водород. Именно энергия водорода и приводит флюиды вместе с массами горных пород в движение, которое мы называем вулканическим извержением и землетрясением.

Нестабильность нейтрона, живущего всего около 880 сек., определяет местоположение источника вещества и способ его образования: это ядро Земли и ядерные реакции. Разуплотнение мантии и земной коры вдоль 42-го меридиана, в частности под Эльбрусом, где пограничный слой ядра проецируется на земную поверхность, создает благоприятные условия для вертикальной миграции элементарных частиц и атомов.

Прошлое как ориентир

Индивидуальная история Эльбруса, достаточно бедная событиями в последние тысячелетия, для целей предвидения должна рассматриваться в контексте эволюции группы вулканов во времена плейстоцена и голоцена. Это ряд вулканов, расположенных вдоль 42-го меридиана, которые объединены общностью происхождения. По сведениям палеогеографии, их активность на протяжении последних тысяч и сотен лет постоянно возрастала (Рис. 21).

Рис. 21. Вклад группы вулканов на 42-43 долготе в общее количество извержений на меридианах 30-49° в.д

Источник: расчет по данным Smithsonian Institution. Global Volcanism Program.

Система подчиняется правилу эргодичности, и максимуму активности эльбрусского ряда вулканов на заключительном этапе голоцена соответствует их наибольшая высота (Рис. 22).

Рис. 22. Распределение максимальных высот голоценовых вулканов в зависимости от долготы

Источник: Ibid.

Таким образом, существуют физические предпосылки активизации вулкана Эльбрус в обозримой перспективе.

Заключение

Эльбрус входит в состав наиболее динамичного пояса Земли, непосредственно связанного с ее системообразующим ядром, поэтому проблема поведения вулкана в будущем — это часть проблемы развития планеты в условиях перехода ее на новый энергетический уровень. Глобальный статус Эльбруса определяет необходимость всемерной поддержки комплексных исследований процессов, от которых зависит его состояние.