Под горным массивом Эйфель на западе Германии находятся несколько сотен спящих вулканов. Они являются типичными примерами так называемых распределенных вулканических полей. Для лучшего понимания их образования и активности исследователи из Центра геофизических исследований им. Гельмгольца при GFZ и партнерских учреждений провели в этом регионе крупнейший в Германии сейсмологический эксперимент по изучению вулканов в период с сентября 2022 по август 2023 года.

Благодаря более чем 500 измерительным станциям и 64-километровому волоконно-оптическому кабелю впервые удалось получить изображение высокого разрешения структур под вулканами Эйфеля. Новые данные представляют собой наиболее точное на сегодняшний день изображение магматического резервуара, вызвавшего извержение озера Лаах 13 000 лет назад. Он расположен глубже и имеет другую ориентацию, чем предполагалось ранее. Также были получены неожиданные результаты, касающиеся тысяч недавних микроземлетрясений и возможных скоплений флюидов в земной коре.

Полученные результаты представляют собой важную основу для более точной оценки вулканических процессов и потенциальных будущих опасностей в регионе. Исследователи под руководством профессора Торстена Дама обобщили предварительные результаты своих исследований в трех публикациях в журналах Seismica , Journal of Geophysical Research: Solid Earth и Geophysical Journal International.

Распределенные вулканические поля
Распределённые вулканические поля — это малоизученная форма вулканизма в пределах континентальных плит. Они характеризуются большим количеством вулканов и мааров, разбросанных на площади от 1000 до 10 000 км². Их можно найти, например, в Эйфеле на западе Германии, в Центральном массиве в центральной Франции (например, Шен-де-Пюйе), в Аризоне, США (вулканическое поле Сан-Франциско), а также в Китае или Новой Зеландии (вулканическое поле Окленда).

В большинстве случаев каждый из вулканов активен только один раз; последующие извержения происходят в другом месте. Для более точной оценки опасности, которую представляет этот тип вулканизма, важно составить карту магматической системы от мантии до верхней части земной коры, а также картировать резервуары, где магма может накапливаться и подниматься, потенциально приводя к отдельным извержениям.

Крупномасштабный сейсмологический эксперимент в Эйфеле

Для изучения этих вопросов Центр геофизических исследований им. Гельмгольца при GFZ совместно с университетами и сейсмологическими службами Германии и Люксембурга провел крупномасштабный сейсмологический эксперимент в вулканических районах Эйфеля с сентября 2022 года по август 2023 года. Исследователи называют этот тип эксперимента «большим N», поскольку он включает в себя большое количество сейсмических измерительных станций.

В данном случае их было более 500. Их данные были объединены с данными, полученными с помощью другого инновационного метода, называемого технологией акустического зондирования (DAS — Distributed Acoustic Sensing ), с использованием незанятого волоконно-оптического кабеля длиной 64 километра. Этот метод основан на том факте, что световые сигналы, распространяющиеся по волоконно-оптическим кабелям, очень чувствительны даже к малейшим напряжениям в волокне, которые могут быть вызваны механическими нагрузками или изменениями температуры окружающей среды.

Эксперимент Large-N в регионе Эйфель, по сути, является крупнейшим в своем роде из когда-либо проводившихся в Германии. Он позволил разместить станции на расстоянии менее двух километров друг от друга в некоторых случаях. Это дало возможность впервые провести высокоточные исследования недр непосредственно под вулканами региона Эйфель. Опубликованные результаты подтверждают ранее сделанные предположения о структуре и состоянии вулканов в регионе Эйфель, но также выявляют некоторые неожиданные результаты.

Удивительные новые данные о структурах под озером Лаах

Высокоразрешающие томографические изображения недр впервые показывают местоположение, положение и глубину магматического резервуара, вызвавшего извержение озера Лаах 13 000 лет назад. Основная фаза извержения, длившаяся всего несколько дней, была очень взрывной и привела к образованию массивных отложений пепла и пирокластических потоков вблизи Мендига, к югу от озера Лаах. До сих пор размер и глубину магматической камеры под озером Лаах можно было определить лишь косвенно, изучая слои тефры Мендига, то есть отложения вулканического пепла, доступные для исследования на поверхности земли.

Сейсмическая томография выявила аномалию сейсмических скоростей под озером Лаах на глубине до десяти километров, что значительно глубже, чем предполагалось ранее. Удивительно, но аномалия расположена не вертикально вниз, а по диагонали в сторону бассейна Нойвид, где сосредоточена большая часть микроземлетрясений в районе Вулканайфеля.

Локализация более тысячи микроземлетрясений

С помощью этого уникального набора данных за один год было локализовано более тысячи микроземлетрясений. Большинство из них произошли вдоль узкой вертикальной зоны между Охтендунгом и озером Лаах. Однако есть также скопления землетрясений, произошедшие на краях аномалий сейсмической скорости. Это удивило ученых, поскольку может указывать на повышение температуры в этих районах.

«Сильные отражения сейсмических волн на границах слоев в верхней и нижней коре под бассейном Нойвид также являются необычными», — говорит Дам, руководитель эксперимента Eifel Large N Experiment. «Сила отражений указывает на то, что в этих слоях накопились флюиды. Являются ли они магмой или магматическими флюидами, пока не выяснено и будет исследовано с использованием усовершенствованных методов анализа».