Физмат

Дорога гигантов (Ирландия) и кадр из мультфильма «Ух ты, говорящая рыба!» (1983)
Дорога гигантов (Ирландия) и кадр из мультфильма «Ух ты, говорящая рыба!» (1983)
Victor Fraile/Reuters/Гостелерадио

Горы встают столбом: ученые раскрыли загадку природы

Ученые поняли, как лава превращается в правильные многогранники

Раскрыт секрет базальтовых столбов, встречающихся во множестве стран мира. Ученые выяснили, при какой температуре лава образует правильные многогранники и призмы.

Дорога гигантов (Ирландия), Башня дьявола (США), Ребра Самсона (Шотландия) – такие названия носят удивительные геологические образования в виде правильных многоугольников, широко известные ученым, и встречающиеся во множестве стран мира. Есть такой природный феномен в селе Базальтовое на Украине, и в России – на мысе Столбчатый на западном побережье острова Кунашир.

И уж конечно многие помнят знаменитый мультфильм киностудии «Арменфильм», в котором диалог старика с чудищем происходит у подножия скалы, испещренной вертикальными столбами.

И неспроста – в Армении и Нагорном Карабахе известно несколько подобных мест, и самое знаменитое из них «Симфония камней», или «Базальтовый Орган» в Гарни, в 20 километрах от Еревана.

Подобные места представляют большой интерес для ученых и туристов, как правило, с ними связывают множество легенд и мифов. Научное название этого геологического образования – столбчатая отдельность.

Эти природные объекты возникают, как результат вулканической деятельности и представляют собой ансамбль из базальтовых колонн. Чаще всего столбы имеют пять или шесть граней, хотя в принципе их количество может колебаться от 3 до 7 граней.

Сегодня механизмы образования таких ровных, зачастую геометрически правильных формаций почти раскрыты – считается, что причиной их является сокращение лавы при ее остывании.

При сжатии и растрескивании ее масса распадается обычно на многогранные, чаще всего на шестигранные колонны.

В поперечнике такие колонны могут иметь диаметр от нескольких сантиметров до полутора метров, при этом призмы обычно находятся перпендикулярно к плоскостям, ограничивавшим поток раскаленной лавы.

Несмотря на общую осведомленность ученых о процессах образования таких формаций, остаются ряд вопросов, главным из которых до последнего времени оставался вопрос о температуре, при которой происходит такое равное растрескивание. Ответить на этот вопрос недавно сумели ученые из Ливерпульского университета.

В статье, опубликованной в журнале Nature Communications, геофизики описали свой натурный эксперимент, который был проведен ими у подножия известного исландского вулкана Эйяфьядлайёкюдль, наделавшего немало бед при извержении в 2010 году. Для эксперимента ученые сконструировали специальный прибор. В него помещался образец базальта, взятого из столбчатых колонн у подножия вулкана, и этот образец нагревали до температуры свыше 10000С. Нагретая порода охлаждалась, в ней нарастали внутренние напряжения, и в результате она трескалась.

Эксперимент показал, что базальтовая порода трескается, когда ее температура опускается на 90-140 градусов ниже температуры кристаллизации магмы,

которая в случае базальта составляет 9800С. Это означает, что в большинстве известных мест столбчатая отдельность образуется при температуре 840-8900С.

С помощью эксперимента ученым удалось воссоздать процессы, которые привели к формированию столбчатых колонн у подножия известного вулкана порядка 50-60 млн лет назад.

«Температура, при которой магма, остывая, образует эти столбчатые отдельности, оставалась тайной, волновавшей геологов в течение долгого времени, — пояснил Ян Лавалли, профессор вулканологии, автор исследования. — Мы хотели выяснить, является ли температура лавы, вызывающая трещины, высокой, средней или низкой.

Я потратил порядка десяти лет, размышляя, как подступиться к этому вопросу и правильно поставить эксперимент, чтобы ответить на этот вопрос. Теперь, мы выяснили, что ответ – температура высокая, это происходит после затвердевания».

По словам Энтони Ламура, соавтора исследования, понимание этого процесса важно, поскольку образующиеся трещины позволяют различным жидкостям циркулировать в образовавшейся породе и переносить тепло. «Потоки жидкости контролируют перенос тепла в вулканических системах, и это может быть использовано при получении энергии в геотермальных источниках. Так что это открытие имеет широкие приложения как в вулканологии, так и в геотермальных исследованиях», — считает он.

По словам ученых, образование столбчатых отдельностей – распространенное явление не только на Земле. В 2009 году ученые впервые обратили на аналогичные формации на поверхности Марса.