The expected future super-eruption of the Yellowstone super volcano (USA) is “cancelled” by the Pleistocene glaciation and by the inversion of caldera complex development

Cover Page

Abstract


The review of the reconstructions of the eruptive activity of the Yellowstone Caldera Complex (YCC) in the USA allows to suggests three groups of arguments supporting that the “volcanic super-eruption of Yellowstone” is not likely to occur in the coming hundreds or thousands of years. First is the gradual weakening of the volcanic potential of the magmatic source (which is the frontal lobe of the magmatic super-flow, and not the mantle plume) during the last 2 million yeats. Second is the impact of the repeated occurrence of ice sheets in the YCC area during the past 640 thousand years. Finally, the equivalent super-eruption, in terms of energy released and the mass of exploded material, had already occurred at about 70 thousand years ago, and since that time, the YCC has passed from the volcanic to the hydrothermal evolutionary stage.


Введение

В конце XX — начале XXI вв. один из самых посещаемых туристических объектов в мире — Йеллоустонский национальный парк (ЙНП) в США — стал привлекать пристальное внимание мировой общественности как потенциальный источник глобальной опасности. “Вулкан, который нас убьет… Однажды он проснется, и жизнь на планете Земля закончится”, — писали в научно-популярных журналах [1, с. 99]. И далее: американский “супервулкан Йеллоустон” выбросит тысячи кубических километров пепла, который покроет мощным слоем большую часть территории США, а попавший в стратосферу тонкий пепел приведет к глобальному похолоданию — аналогу ядерной зимы. Из-за всеобщей загрязненности атмосферы перестанут летать самолеты, а из-за холода погибнут урожаи. И эта вселенская катастрофа вот-вот случится.

Не исключено, что подобная проблема “тревожного ожидания катастрофы” возникла из-за неожиданных и непредсказанных катастрофических эксплозивных извержений вулканов Сент-Хеленс (1980 г., США), Пинатубо (1991 г., Филиппины), Хадсон (1991 г., Чили). В качестве доказательства реальности такого “суперизвержения” вулкана Йеллоустон приводятся следующие аргументы. Во-первых, установлено, что подобные извержения с катастрофическими последствиями здесь уже трижды происходили с периодичностью в 0.7 млн. лет (около 2.0, 1.3 и 0.64 млн. л. н.) [2], а со времени последнего события прошло >0.64 млн. лет. Во-вторых, в пределах ЙНП с 1923 г. наблюдались и измерялись интенсивные деформации земной поверхности и сильные (М 5.5–7.5) землетрясения [3–5]; есть сведения и о том, что крупные животные уже покидают этот район. По словам сотрудника ЙНП Х. Хисслера [1], наблюдения и измерения подтверждают следующие признаки приближающейся катастрофы: появление новых гейзеров, подъем земной поверхности, рост сейсмичности. Кроме того, там же приводится и еще один тревожный сигнал: по данным сейсмической томографии под кальдерой обнаружен частично расплавленный гигантский магматический очаг объемом ~4000 км3 (уточнение А. Уитце [1]).

На основании приведенных данных многими делается вывод, что период покоя в ЙКК заканчивается, и начинается подготовка следующего извержения. Животные, якобы, почувствовав опасность, первыми стали отсюда уходить, за ними последовали и некоторые люди. На первый взгляд, приведенные доводы в пользу предстоящего скорого суперизвержения выглядят довольно убедительными, однако, если учитывать и другие факторы, они не столь однозначны. Чтобы разобраться в сложившейся ситуации, автор статьи на основе собственного анализа материалов американских геологов и вулканологов района ЙНП и его окрестностей провел новое исследование этой проблемы.

Опираясь на собственный опыт и результаты многолетних работ [6–9 и др.] Лаборатории динамической вулканологии Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН по долгосрочному прогнозу будущих катастрофических эксплозивных извержений, автор критически проанализировал материалы и аргументацию американских вулканологов. Прежде всего, необходимо было ответить на два вопроса: состоится ли такое извержение и, если да, то когда? Требовалось установить, что собой представляет Йеллоустон: его структурную приуроченность, происхождение, источник питания, тип кальдерообразования. Какова его геологическая, геоморфологическая, вулканическая история развития с момента возникновения. При решении перечисленных задач пришлось пересмотреть ряд представлений и выводов американских ученых, а от некоторых отказаться вовсе. Наше исследование показало, что дальнейшее развитие событий в ЙКК может произойти по другому сценарию, без обязательного катастрофического эксплозивного суперизвержения.

Что такое Йеллоустон?

Район истока р. Йеллоустон (правый приток р. Миссури), как природный феномен с большим количеством гейзеров и горячих источников, стал известен трапперам с начала XIX в. В 1872 г. по результатам исследования этих уникальных объектов Ф. В. Хайденом [10] здесь был создан первый в мире национальный парк площадью ~9100 км2. В конце XIX — начале XX вв. этот регион стал уже хорошо изученным: была восстановлена его геологическая история, определены примерный возраст изверженных пород, происхождение термальных вод, описаны геология, петрография и палеонтология геологических образований [11–13].

В 1960 г. Йеллоустон (синонимы Yellowstone Plateau, Yellowstone Basin) был помещен в каталог активных вулканов Мира [14] как гидротермальный район без современной вулканической активности, послеледниковых лавовых потоков и пирокластических образований. Слагающие его риолитовые лавовые потоки, брекчии и туфы отнесены к плиоцену и к миоцену. Проведены химические анализы вулканических пород кислого состава (SiO2 от 70.92 до 77.65%), изучена их петрография. Измерена площадь распространения спекшихся туфов (1560 км2), оценена их средняя мощность (около 150 м), описан типичный разрез. Выявлены редкие небольшие базальтовые лавовые потоки, внедренные в толщу риолитов; причем объем лав не превышал 1% от объема толщи. Однако в целом, на конец 50-х гг. XX в. изучение проблем вулканологии в ЙНП находилось еще на начальном этапе: список цитированных научных работ включал всего 9 названий, из которых две публикации были посвящены горячим источникам и термальным водам. Ни о каких суперизвержениях и супервулкане вопрос не возникал.

Ситуация кардинально изменилась после проведения там детальных геологических полевых работ и разномасштабного (1:62 500–1:500 000) геологического картирования в 1970–1980-х гг. [3], выполнявшихся Ф. Р. Бойдом (F. R. Boid), В. Хэмилтоном (W. Hamilton), Р. Л. Кристиансеном (R. L. Christiansen), Х. Р. Бланком младшим (H. R. Blanc, Jr.), В. Хилдретом (Wes Hildreth). Ими в ЙНП выявлены и детально исследованы три огромные кальдеры и коррелятные им вулканиты, закартированы многие десятки других эруптивных центров разного типа и возраста (рис. 1). Для определения вещественного состава пород использовались самые современные аналитические методы, а для выяснения возраста — K/Ar-, 40Ar/39Ar- и 14C-датировки. Глубинное строение ЙНП и его окрестностей всесторонне было изучено геофизическими методами: проводились площадные гравиметрическая и магнитная съемки, измерялись тепловой поток и деформации земной поверхности, фиксировались сейсмические проявления. Детально реконструирована здесь и история кайнозойской вулканической активности. В результате, к настоящему времени этот регион в геологическом, геоморфологическом, геофизическом, геодезическом и палеовулканологическом отношении оказался одним из самых изученных в мире. Ему посвящены более 1000 научных публикаций, включая монографии. Но вулканической опасности здесь до начала 80-х гг. XX в. внимания почти не уделялось.

 

Рис. 1. Эруптивные центры и разрывные нарушения района Йеллоустонского кальдерного ком-плекса (по [3] с изменениями)

1 — эруптивные центры разных типов и возраста; 2 — бровки уступов кальдер (I (безымянной) — 2.053±0.06 млн. лет, II Хенрис Форк (Айленд Парк) — 1.292±0.005 млн. лет, III Йеллоустон — 0.64±0.002 млн. лет, IV Вест Там — 0.162±0.002 млн. лет); 3 — главные разрывные нарушения позднего миоцена (стрелки показывают опущенные блоки).

МЛ и СК — резургентные купола Маллард Лейк и Соу Крик; ОЙ — оз. Йеллоустон; РРС — равнина р. Снейк (линия с точками оконтуривает распространение базальтовых лав); ЙНП — граница Йеллоустонского национального парка; ГШ — граница штатов Айдахо (А), Вайоминг (В), Монтана (М); АП — Айленд Парк

 

Впервые предположение об извержении “…по порядку магнитуды больше, чем извержение вулкана Мазама” в ЙНП было высказано в 1984 г. на 27-м Международном Геологическом конгрессе [2, с. 84]. Очередной этап повышенного внимания к подобному извержению наступил сейчас, когда это стало широко обсуждаться в средствах массовой информации.

Рельеф ЙНП — высокогорный, доминируют абс. отметки 2500–2900 м, отдельные вершины достигают 4000 м. Геологическое строение, структурная приуроченность и геодинамика района парка отличаются большой сложностью и в некоторых аспектах исследованы недостаточно. Лучше других изучены геоморфология, геология и геофизика Йеллоустонского кальдерного комплекса, а также восточной части Равнины р. Снейк (РРС — Eastern Snake River Plain). Древнейшие здесь — породы докембрийского кратона (1.9–3.3 млрд лет [15]), которые участвуют в строении архейской гранитной коры — верхней (Vp — сейсмическая скорость распространения продольных волн — 6.1 км/с, плотность 2.67 г/см3) и нижней (Vp 6.8 км/с, плотность 3 г/см3). Граница между ними предполагается на глубине ~18 км под Равниной р. Снейк и ~14 км — под кальдерой Йеллоустон. Вдоль осевой зоны РРС по геофизическим данным выделен (рис. 2) и промежуточный слой с Vp 6.8 км/с и плотностью 2.87 г/см3 [16, 17]. Выше залегают сложно построенные палеозойско-мезойские толщи. Дотретичные кристаллические и осадочные породы, а также третичные андезитовые вулканиты слагают горные гряды и массивы по периметру ЙКК. Нижняя часть разреза отложений СВ фрагмента РРС на границе с ЙНП представлена позднемиоценовыми и плиоценовыми риолитами мощностью 3–4 км, а верхняя — вулканитами основного состава (с доминированием базальтов) возрастом от 5 млн. до 14 тыс. лет и мощностью до 1–1.2 км [16].

 

Рис. 2. Геофизический поперечный профиль через восточную часть Равнины р. Снейк (по [16, 28, 29] с изменениями)

1 — базальты (мощность ~1 км) и подстилающие риолиты (до 2–3 км) плиоцена-плейстоцена; 2 — палеозойско-мезозойские породы; коровый слой: 3 — верхний (ВК), 4 — нижний (НК); 5 — породы магматического суперпотока (МСП — по И. В. Мелекесцеву); 6 — астеносферный слой; 7 — мантия. Цифрами обозначены: Vp (км/с), в скобках — плотность, г/см3

 

Горные массивы Йеллоустона и прилежащих территорий разбиты на сложно построенную систему горстов и грабенов густой сеткой разрывных нарушений субширотных, субмеридиональных и СЗ простираний. Вулканические образования ЙНП и СВ окончания РРС по отношению к этим структурам — более молодые и имеют наложенный характер. Огромные кальдеры и генетически связанные с ними иные вулканические формы ЙНП и Айленд парка объединены автором статьи в единый долгоживущий вулканический центр — Йеллоустонский кальдерный комплекс, который обладает своей системой вулкано-тектонических разрывных нарушений и структур, связанных с кальдерообразованием и ростом резургентных[1] куполов. В максимальной степени это относится к раньше всех возникшей кальдере I (типа Вэллес — по классификации А. МакБернея и Х. Вильямса — см. [18]). Самые уникальные вулкано-тектонические структуры в кальдере III — появившиеся ~0.5 млн. л. н., осложненные многочисленными разрывными нарушениями выраженные в рельефе резургентные купола Маллард Лейк (Mallard Lake, размер основания 14.5×10 км) и Соу Крик (Sour Creek, 13×9 км) [3, 5].

Доминирующие элементы геоморфологии ЙКК — 4 разновозрастные каль-деры: I (безымянная) — 2.053±0.06, II — Хенрис Форк (Henris Fork) или Айленд парк (Island Park) — 1.292±0.005, III — Йеллоустон — 0.64±0.002 и IV — Вест Там (West Thumb) — 0.162±0.002 млн. лет. Их размеры по бровкам уступов, соответственно, — 100×63 (и 55), 24×21, 73×52 (и 45) и 10.5×7.5 км, а площади — около 4200, 400, 2800 и 64 км2(измерения автора по рис. 5 и 36 в [3]). Кальдеры окружены коррелятными им пирокластическими покровами — туфами Хаклберри Ридж (Huckleberry Ridge Tuff), Меза Фолс (Mesa Falls Tuff), Лава Крик (Lava Creek Tuff), Блаф Пойнт (Tuff of Bluff Point). Обширные площади заняты мощными лавовыми потоками риолитов, а в ЮЗ части — базальтов. В настоящее время площадь плато Йеллоустон ~6500 км2. По реконструкции [3], ранее она составляла ~17000 км2.

По результатам детальных геофизических исследований и проведенного бурения составлены несколько моделей глубинного строения кальдеры Йеллоустон и всего комплекса, определены физические параметры пород внутрикальдерного заполнения, измерены температуры и их изменение с глубиной. Составлена карта гравитационных аномалий кальдеры и сопредельных участков с минимальными значениями аномалий (до 250 мгал) внутри самой кальдеры [3, 19 и др.].

Несмотря на хорошую геологическую и геофизическую изученность региона, обилие гипотез о происхождении и механизме магматического питания ЙКК, единой и общепризнанной точки зрения по этим проблемам до настоящего времени нет. Дискуссионным остается и вопрос о том, смещается ли Йеллоустон или стоит на месте. Правда, в последние десятилетия стала побеждать концепция, по которой Йеллоустон — неподвижный мантийный плюм [20, 21], а Северо-Американская плита перемещается над ним в западном направлении, причем за последние 16 млн. лет — на 800 км со средней скоростью 4.5 см/год [5]. В качестве доказательств приводятся следующие соображения. Первое: по геофизическим данным под Йеллоустоном предполагается низкоскоростное (Vp на 10% меньше, чем в окружающих породах) тело, уходящее в мантию на глубину до 100 км — на 55 км ниже границы Мохо [22]. Но мантийности Йеллоустонского плюма противоречит скорость выноса им глубинного ювенильного вещества: ~8000 км3 за 2 млн. лет [3, 5]. Это в 25–30 раз меньше, например, чем у Гавайского плюма. Второе: “анорогенный” тип риолитов с необычно высокой (830–1050 °С) магматической температурой, а также специфическим минеральным, химическим и изотопным составом [23]. Третье: увеличивающийся изотопный возраст изверженных пород кислого состава по мере удаления от Йеллоустона: от 0.07–0.64 млн. лет (кальдера Йеллоустон) до 15.1–16 млн. лет — кальдера Макдермитт (McDermitt). Все они сомнений не вызывают, так как подкреплены большим фактическим материалом. Но последнее соображение можно сформулировать и по-другому: уменьшающийся изотопный возраст пород по мере приближения к Йеллоустону, что автору статьи представляется более правильным.

Интерпретация приведенных данных, в целом, и полученные выводы тоже не однозначные. Непонятно, например, почему недавнее, по геологическим меркам, 800-километровое горизонтальное перемещение Северо-Американской плиты за последние 16 млн. лет не сопровождалось в зоне сочленения (40–45° с. ш.) материковой и океанской плит возникновением выраженной зоны субдукции с глубоководным желобом. Не поддаются логическому объяснению и еще два момента. Во-первых, почему геоморфология Равнины р. Снейк, трассировавшей направление движения плиты, резко отлична на СВ и на ЮЗ. На СВ она — единая полоса шириной 80–90 км, а ЮЗ — разделена на две ветви: СЗ (Snake River rift) и ЗЮЗ — от эруптивного центра Брюно-Джарбридж (Bruneau-Jarbridge) до кальдеры Макдермитт (см. рис. 1 в [20]). Во-вторых, не согласуется современное расположение стационарного Йеллоустонского горячего пятна с наличием разнонаправленных, неодинаковой длины, но одновозрастных путей миграции кислого вулканизма на юго-западе — в 800 км от него.

По авторской концептуальной модели, логичнее выглядит другой вариант происхождения Йеллоустонского горячего пятна, обусловленный его приуроченностью к фронтальному окончанию предполагаемого [24] магматического суперпотока (МСП) Равнины р. Снейк. Его исток находился в районе дайкового комплекса Стинс (Steens Dikes) на юге Колумбийского базальтового плато. Именно здесь установлена [25] самая высокая скорость накопления базальтов (1500 м за 50 тыс. лет) во время активности этого вулканического центра в позднем миоцене. И именно оттуда 17–16 млн. л. н. после завершения (19–18 млн. л. н.) главной фазы формирования этого плато началось движение МСП во все стороны. Первоначально вблизи истока извергались смешанные (от базальтов до риолитов) комплексы пород. В работе [26] в разрезах пород возраст базальтов — 16.7–14.3 млн. лет, дацитов — 16.5–14.9 млн. лет. Эта толща вулканитов несогласно и с перерывом залегает на разновозрастных (35–220 млн. лет) и разнотипных (вулканиты, гранитоиды, метаморфизованные осадки) породах.

Движение МСП происходило субсинхронно до района кальдеры Макдермитт (16–15.1 млн. лет) на юге (~100 км) и до вулканического центра Ньюберри (40-километровая в диаметре кальдера с возрастом 0.6 млн. лет и действующим вулканом объемом 450 км3 внутри) на ЗСЗ (~500 км). На ВСВ и СВ движение шло от кальдеры Макдермитт вдоль Равнины р. Снейк до ЙКК (около 800 км — 2.2–0.07 млн. лет). Это хорошо видно на рис. 1 в [20]. Еще раньше перемещение “неподвижного” Йеллоустонского пятна вдоль Равнины р. Снейк было продемонстрировано на палеогеодинамических (15, 10, 5 млн. л. н.) и геодинамической картах в [27]. Мы предполагаем, что МСП двигался по границе между верхней и нижней корой под Равниной р. Снейк на глубине от 18–20 (подошва) до 9 км (кровля) (см. рис. 2), его мощность составляла 8–10 км. В работе [28] МСП изображен в виде переходного слоя с Vp 6.5 км/с и плотностью пород 2.87 г/см3. Одна из возможных причин остановки МСП в районе современного ЙКК — пересечение им проходящей здесь осевой зоны региональной тектонической структуры — Кордильерской миогеосинклинали (см. рис. 1 в [20]). Примерная ширина фронтальной лопасти МСП в районе ЙКК, судя по размещению эруптивных центров, — 95–100 км, по эпицентрам землетрясений — 100–110 км, по выходам термальных вод — 90–100 км (см. рис. 3, 5, 29 в [3]).

 

Рис. 3. Вынос вещества и тепловой энергии вулканами и гидротермами ЙКК за 2.2 млн. лет (по материалам [3] и др.)

I–IV — вынос магматического вещества по циклам, n×106 т/год. Г — вулканический эквивалент (n×106 т/год) современной тепловой гидротермальной активности района ЙКК

 

Рис. 4. Вынос вещества и тепловой энергии вулканами и гидротермами ЙКК за последние 780 тыс. лет (по материалам [3] и др.)

1 — средняя вулканическая продуктивность для III и IV циклов; 2 — величина интенсивности выноса вулканического вещества по отдельным этапам; 3 — вес изверженных продуктов кальдерообразующих извержений и их возраст. Г — см. рис. 3

 

Обобщая материалы американских исследователей и изложенные выше представления автора статьи, можно сформулировать, что представляет собой ЙКК на современном этапе развития. Это — единый по происхождению, долгоживущий, сложно построенный вулканический центр. Его главные элементы — три типа вулканических аппаратов и ассоциирующихся с их деятельностью построек: 1) гигантские кальдеры и обширные пирокластические покровы, возникшие в результате массового выброса ювенильных продуктов риолитового состава в ходе эксплозивных суперизвержений; 2) риолитовое плато и комплексные базальтовые лавовые равнины — продукт многоцентровых сближенных лавовых излияний; 3) многие десятки одноактных, рассредоточенных лавовых образований различного состава (от базальтовых до риолитовых). Все эти формы возникли в интервале от 2.2–2.1 до 0.07 млн. л. н. Территориально и генетически с перечисленными вулканическими образованиями связаны разнообразные гидротермальные проявления последних 70 тыс. лет. Источник питания ЙКК (магматический очаг), его вулканической и гидротермальной деятельности — окончание магматического суперпотока Равнины р. Снейк, исток которого находится в районе Колумбийского базальтового плато. Предполагаемая площадь фронтальной лопасти МСП под кальдерным комплексом превышает 10 тыс. км2, а мощность пород — порядка 10 км.

Особенности истории эруптивной активности и вулканической продуктивности Йеллоустонского кальдерного комплекса как перспектива для долгосрочного прогноза типа и параметров предполагаемого будущего суперизвержения

Эруптивная история ЙКК началась 2.2–2.1 млн. л. н. (рис. 3) после горизонтального перемещения примерно на 100 км фронтальной части магматического суперпотока Равнины р. Снейк из-под вулканического поля Хейз (Heise), расположенного на ЮЗ, под уже тогда высокогорный и сильно расчлененный денудационными процессами район современного ЙНП. Возраст докальдерных вулканитов: >1.99±0.02 млн. лет — риолиты Снейк Ривер Бьют (Snаke River Butte), 2.16±0.4 и 2.01±0.5 млн. лет — базальтовые лавы горы Эвертс (Everts) [3]. Возраст I суперизвержения, его кальдеры и пирокластики Хаклберри Ридж Тафф (ХРТ) — 2.053±0.06 млн. лет. Объем последней (по [5]) около 2500 км3, по [3] — 2450 км3. В составе толщи выделены три самостоятельные секции (А, В, С), приуроченные к трем центрам извержения (см. рис. 36 в [3]): А — площадь (S) 6280 км2 и объем (V) 820 км3; В — соответственно 15400 км2 и 1340 км3; С — 3690 км2 и >290 км3. Везде преобладали отложения пирокластических потоков длиной до 100 км и разная по крупности тефра ближнего (в радиусе 50–100 км от эруптивных центров)разноса (ТБР). Первичная мощность отложений крупнейших пирокластических потоков до литификации превышала 150–200 м. Тефры дальнего (>100 км) и сверхдальнего (>1000 км) разноса (ТДР и ТДСР, соответственно) при подсчете объемов всех единиц не учитывалась. Химический состав ювенильной пирокластики секций А и В риолитовый: А — SiO274.24–76.79%, Na2O 3.43–4.12%, K2O 4.65–5.42%; B — SiO2 74.24–76.51%, Na2O 3.43–3.60%, K2O 4.65–5.24% [3]. Площадь кальдеры I ЙКК, измеренная нами по рис. 36 в [3], ~4200 км2.

Пирокластика суперизвержения литифицирована (туф), ее объемный вес — 2.0–2.2 г/см3, а общий вес материала всех секций — 4900÷5390×109 т (2450 км3×2.0–2.2 т/м3). К полученным цифрам объема и веса пород ХРТ надо добавить еще объем и вес тефры дальнего и сверхдальнего разноса, на долю которых, по наблюдениям сходных по механизму исторических извержений, приходится не менее 20–30% всего объема выброшенной пирокластики. Добавка составит 1000–1100 км3, а вес при характерном для свежевыпавшей пемзовой тефры среднем объемном весе 0.9–1.0 г/см3 — порядка 1000×109 т. Следовательно, суммарный объем пирокластических продуктов I суперизвержения должен быть увеличен до 3450–3550 км3, а вес — до 5900÷6400×109 т. Реконструкция зоны пеплопада для Северной Америки представлена в работе [29]. Но струйными течениями тропопаузы тефра могла разноситься по всему Северному полушарию и выпадать там в течение нескольких лет.

По данным об окончании вулканизма в поле Хейз (4.3–4.0 млн. л. н.) и о возрасте начальных вулканических проявлений в Йеллоустоне (2.2–2.1 млн. л. н.) можно рассчитать по методике [31, 32] и продуктивность МСП Снейк Ривер, если принять его в качестве динамичного (движущегося по горизонтали) магматического очага. Для такого расчетанеобходим еще суммарный вес продуктов (5900÷6400×109 т) кальдерообразующего и докальдерных извержений I цикла. О породах докальдерных извержений, кроме данных об их возрасте и составе, известно мало. Ориентировочно автором (по рис. 36 в [3]) оценены лишь площадь риолитового потока — около 200 км2, и более грубо — его объем и вес: ~20 км3 и ~46×109 т. Добавка веса за счет пород докальдерных извержений мало что изменит при определении средней величины вулканической продуктивности I цикла кальдерообразования — ≥3.3×106 т/год — из-за ее несоизмеримости с весом пирокластики суперизвержения. Термальный эквивалент вулканической продуктивности I цикла — около 1015 кал/год при i (удельном теплосодержании изверженных пород) = 300 кал/г. Все это соответствует средней вулканической продуктивности “нормального” вулкана [31, 32].

После I цикла в эруптивной истории ЙКК было еще три. Они рассмотрены по той же схеме, что и I цикл, но конспективно. Суперизвержение II цикла с кальдерой Хенрис Форк (II) произошло 1.292±0.005 млн. л. н. [3]. Его продукты — Меза Фолс Тафф — объемом >280 км3 и площадью ~2700 км2. Главные компоненты пирокластики те же, что и в I цикле. Длина пирокластических потоков до 50–60 км. Объем ТДР и ТСДР не определялся. Пирокластика — риолитовая (SiO2 74.90–76.30%, Na2O 2.87–3.52%, K2O 5.04–5.60%). Объем и вес его продуктов ~450 км3 и 740×109 т соответственно. Размер кальдеры — 20×26 км, площадь по бровке уступа ~390 км2. В промежутке между I и II суперизвержениями выявлены и датированы 4 риолитовых потока и пачка туфов [3]. Отнесены к II циклу и близкие к нему по возрасту базальтовый поток в разрезе Нарроус (Narrows, 1.30±0.35 млн. лет), 5 риолитовых куполов с суммарным объемом ~2 км3 и весом ~4.6×109 т и риолитовый лавовый поток Мус Крик (Moose Creek) (S = ~610 км2, V = 90–100 км3, возраст 1.22±0.01 млн. лет). Поэтому к объему и весу пирокластики кальдерообразующего извержения добавлены 100 км3 лавы и пирокластики весом ~200×109 т — продукты межпароксизмального и посткальдерного этапов. Для всего II цикла суммарный объем >550 км3 при весе >940×109 т.

Вулканическая продуктивность II цикла формирования ЙКК оценена в двух вариантах лишь в грубом приближении: 1) >1.24×106 т/год (>940×109 т за 760 тыс. лет) и 2) >1.13×106 т/год (>940×109 т за 830 тыс. лет). Она могла достигать и 1.3÷1.4×106 т/год (рис. 4), если учитывать вес остальных вулканитов. Термальный эквивалент соответственно 3.7 или 3.4×1014 кал/год (при i = 300 кал/г). Таким образом, вулканическая продуктивность II цикла в 2.5–3 раза меньше таковой I цикла, поскольку кальдера II возникла практически там же, где находился и эруптивный центр В I суперизвержения, с которым уже был связан выброс 1900 км3 пирокластики весом 3400×109 т.

Длительность подготовки кальдерообразующего извержения Йеллоустоун III около 0.58 млн. лет (1.22–0.64 млн. л. н.). В начальные 0.23 млн. лет (1.16–0.929 млн. л. н.) предкальдерного этапа III цикла вулканических проявлений не обнаружено. Ранние предкальдерные риолитовые потоки Вапити Лейк (Wаpiti Lake, 1.16±0.01 млн. лет, S = 110 км2), Флэт Маунтин (Flat Mountain, 0.929±0.24 млн. лет, S = 420 км2), Льюис Каньон (Lewis Canyon, 0.853±0.07 млн. лет, S = 440 км2) и Арлекин (Harlequin — 0.839±0.008 млн. лет, S = 150 км2), а также базальты излились до возникновения резургентных куполов Маллард Лейк и Соу Крик. Мощность риолитовых потоков от 100 до 200 м, их суммарный объем равен ~ 200 км3, вес — в 460×109 т, а базальтовых лав — соответственно >12 км3 и >60×109 т. В интервале 0.78–0.64 млн. лет излились 2 риолитовых потока — Биг Беа Лейк (Big Bear Lake, >0.64 — <0.78 млн. лет, S = 230 км2) и Маунт Хейнс (Mount Haynes, >0.64 — <0.78 млн. лет, S = 130 км2) и 2 базальтовых лавовых потока Ундин-Фоллс (Undine Falls) площадью 100 км2 и 30 км2. Суммарный объем риолитовых потоков — 65 км3, вес — около 150×109 т; базальтовых — соответственно 5.5–6.5 км3 и около 15×109 т. Средняя вулканическая продуктивность (~1.4×106 т/год) межпароксизмального этапа (1160–640 тыс. л. н.) сравнима с таковым всего II цикла.

Суперизвержение Йеллоустон III произошло 0.64±0.002 млн. л. н. [3]. Его пирокластика — туфы Лава Крик (отложения пирокластических потоков + ТБР с радиусами 30–50 км от эруптивных центров) — имеет объем, по [3], более 1000 км3. Она разделена на секции А (S = 3240 км2, V = 510 км3) и В (S = 7300 км2, V = 490 км3). Размер возникшей кальдеры по бровке уступа 85×45 км, площадь ~2800 км2. Пепел покрыл большую часть США и север Мексики [5], но зона пеплопада могла охватывать и Северное полушарие к северу от 35–40° с. ш. Пауза между суперизвержением и самым ранним (~560 тыс. л. н.) посткальдерным извержением базальтов Фолс Ривер (Falls River, SiO2 46.54–49.61%, Na2O 2.31–2.67%, K2O 0.44–0.67%, V = 20 км3) — ~80 тыс. лет, а риолитов Бискит Бейзен (Biscuit Basin, 516±7 тыс. лет, V = ~25 км3; Si2O 71.90–76.32%, Na2O 3.39–4.25%, K2O 2.95–5.31%) — ~120 тыс. лет.

Вес продуктов III цикла формирования кальдерного комплекса (по нашей оценке) выглядит следующим образом. Пирокластика Лава Крик — 2200×109 т (1000 км3×2.2 т/м3). Свежевыпавшая ТДР и ТСДР — 500×109 т (500 км3×1 т/м3). Лавы предкальдерного этапа: риолиты — 610×109 т (265 км3×2.3 т/м3), базальты — >80×109 т. Итого суммарно более 3390×109 т. Таким образом, вулканическая продуктивность этого этапа была около 6.5×106 т/год (см. рис. 3). Это в 2 раза выше, чем для I цикла, и в 6 раз, чем для II. Термальный аналог вулканической продуктивности ~2×1015 кал/год (при i = 300 кал/г для риолитов и 400 кал/г — для базальтов).

Четвертый цикл развития ЙКК продолжается уже 640 тыс. лет. Его эруптивная история восстановлена [3, 5 и др.]. Приведены химические составы изверженных пород, K-Ar и 40Ar/39Ar возраст вулканитов, оценки объема пирокластики, лав, выноса тепла гидротермами. Ранние риолитовые потоки в кальдере Йеллоустон III связаны с возникновением и ростом в ней резургентных куполов Маллард Лейк (Бискит Бейзен — 516±7 тыс. лет) и Соу Крик (Каньон (Canyon) — 484±15 и Данрейвен Роад (Dunraven Roаd — 486±42 тыс. лет). Возраст туфа Сульфур Крик (Sulphur Creek) у купола Соу Крик — 474±10 тыс. лет. По нашей оценке, основанной на данных [3], суммарный объем лавовых потоков — 12–15 км3, их вес — 28÷35×109 т, а пирокластики Сульфур Крик — соответственно >2.0–2.5 км3 и >5×109 т. Самый ранний за пределами кальдеры Йеллоустон III базальтовый поток Фолс Крик имеет возраст ~560 тыс. лет и объем пород 20 км3 [3] весом 45÷50×109 т. Для других базальтовых лавовых потоков возраст определен только приблизительно: Свон Лейк (Swan Lake Flat Basalt) — >320 — <640 тыс. лет; Жеод Крик (Geode Creek) — >130 — <640 тыс. лет. Для базальта Марипоза Лейк (Mariposa Lake) возраст не установлен. Возраст риолитовых куполов Куга Крик (Cougar Creek) — 399±3 тыс. лет, а Виллоу Парк (Willow Park) объемом 0.5 км3 — 316±5 тыс. лет. Таким образом, суммарный вес известных изверженных пород раннего (640–320 тыс. л. н.) эпизода вулканической фазы активности превышает 80÷90×109 т, а его продуктивность составляла– 0.25÷0.28×106 т/год, соответственно термальный эквивалент — около 0.8×1014 кал/год.

Для интервала 316±5 — 220±41 тыс. л. н. сведения о вулканических проявлениях в кальдере Йеллоустон III и за ее пределами отсутствуют. Возможно, это был период относительного покоя, предварявший очень мощный эпизод вулканической активности в районе ЙКК, начавшийся ~220 тыс. л. н. Первые его вулканические формы появились субсинхронно как в самой кальдере (риолитовый лавовый поток Скоп Лейк (Scaup Lake) — 198±8 тыс. л. н., S = 140 км2, V = 8–10 км3), что было связано с активизацией в ней резургентного купола Маллард Лейк, так и вне ее границ: базальтовые потоки р. Ламар (Lamar River) — 220±41 тыс. л. н. и Хатчери Бэт (Hatchery Batte) — 199±9 тыс. л. н., риолитовый поток Обсидиан Клиф (Obsidian Cliff) — 183±3 тыс. л. н. Главные вулканические события развернулись, начиная с 165–160 тыс. л. н., когда резко увеличились как число (>40) извержений, так и объемы вулканитов — преимущественно риолитовых лав мощностью до 300–350 м [3, 5]. Объем лав Западного Йеллоустона (West Yellowstone) и плато Пичстон (Pitchstone Plateau) достигал 40–70 км3. Было и кальдерообразующее извержение Вест Там. Объем его риолитовой пирокластики Блаф Пойнт — 50 км3 (в пересчете на плотную породу), ее вес 115×109 т, размер возникшей 162±2 тыс. л. н. кальдеры — 10.5×7.5 км, площадь по бровке уступа — 64 км2. Кальдера приурочена к кольцевому разлому у подножия уступа ЮВ сектора кальдеры Йеллоустон III и вскоре была частично погребена под риолитовыми лавовыми потоками Астер Крик (Aster Creek, 161±1 тыс. лет, V = 10 км3) и Вест Там (147±4 тыс. л.).

Здесь также продатированы [3, 33] 17 риолитовых потоков и риолитовый купол. Самые молодые потоки плато Пичстон и Грант-Пасс (Grant Pass) возникли 71±2 и 72±3 тыс. л. н. Для 16 лавовых потоков и купола Гибен Хилл (Gibbon Hill) определены объемы пород [3, 33]. Суммарный объем их лав ~360 км3, вес ~830×109 т. Эти формы создали риолитовое плато площадью ~2900 км2. Судя по мощности лав индивидуальных образований, среднюю мощность пород плато можно принять равной 150 м, а общий его объем оценить примерно в 435 км3. С учетом туфов (V = 150–160 км3, вес 150÷160×109 т) извержения Вест Там и тефры (V = 40–50 км3, вес 40÷50×109 т) других эруптивных центров, суммарный объем изверженных продуктов всего этапа длительностью 90–95 тыс. лет (165–71 тыс. л. н.) мог теоретически достигать >650 км3, а вес — >1000×109 т, что вполне соизмеримо с таковыми эксплозивного суперизвержения Йеллоустоун III — 1500 км3 и 2200×109 т. При оценке [34], где объем пород риолитового плато равен 1000 км3, разница между ними станет еще меньше.

В геоморфологическом и вулканическом планах между обоими событиями, наоборот, разница принципиальная. “Мгновенный” эксплозивный эпизод вулканизма сменился продолжительным, преимущественно эффузивным, а из вынесенного вещества возникла положительная форма рельефа — риолитовое лавовое плато, а не отрицательная, как раньше (кальдера Йеллоустон III с пирокластическим покровом). Эта смена названа автором статьи вулкано-геоморфологической инверсией в эруптивной истории ЙКК.

Интенсивность выноса магматического вещества для этапа 165–71 тыс. л. н. — 10.5×11.1×106 т/год, вулканическая продуктивность — 6.4–6.8×106 т/год, а ее термальный эквивалент — 1.9÷2.0×1015 кал/год. Заключительный импульс вулканизма ЙКК и конец формирования риолитового плато — излияние объемом >71 км3 (вес >163×109 т) лав 72–71 тыс. л. н. после невулканической паузы длительностью 10–11 тыс. лет. Его вулканическая продуктивность ~15.6×106 т/год (термальный эквивалент ~4.7×1015 кал/год).

После этих большеобъемных излияний риолитов однозначно диагностированных следов вулканических проявлений моложе 70 тыс. лет в кальдере Йеллоустон не установлено. Опубликованные [33] даты 7400±1000, 6050, 3050, 1350 гг. до н. э. по тефре, якобы, вулканических взрывов в кальдере указывают только возраст происходивших событий, но не их генезис. Взрывы, вероятно, были паровыми, характерными для гидротермальных полей, особенно типа йеллоустонских. Они наблюдались в 1989 [34] и 2008 гг. и на дне кальдеры Узон на Камчатке. Отличить выброшенные продукты фреатических и паровых взрывов, связанные с ними кратеры и воронки практически невозможно.

В настоящее время предполагаемая [36, 37] суммарная тепловая мощность Йеллоустонской гидротермальной системы (ЙГС) около 5.3×109 W (~12.6×108 кал/с) эквивалентна выделению тепла за год при кристаллизации и остывании 0.1 км3 риолитовой магмы с 900 до 500 °С [38, 39]. Это соответствует тепловой энергии слабого вулканического извержения со скоростью выноса риолитовой лавы 4.2 т/с (~13×107 т/год) при i = 300 кал/год.

Современная тепловая мощность ЙГС в 20 раз выше термального эквивалента средней вулканической продуктивности и в 12 раз выше средней интенсивности выноса магматического вещества при формировании риолитового плато ЙКК. Сравнение тепловых параметров вулканической и гидротермальной активности позволяет заключить, что около 70 тыс. л. н. произошла еще одна инверсия в ходе эволюции ЙКК — вулкано-гидротермальная. Вулканическая деятельность сменилась гидротермальной, продолжающейся и в настоящее время, которая оказалась по тепловой мощности минимум на порядок выше, чем предшествовавшая вулканическая (см. рис. 3).

По представлению автора статьи, одной из главных причин обеих инверсий истории эруптивной активности ЙКК после возникновения кальдеры Йеллоустон III является плейстоценовое оледенение территории: обширные (S = 10–20 тыс. км2 с объемом льда по 1000–2000 км3 или более) ледниковые покровы 6 эпох оледенений с возрастом от 650–630 (до–иллинойс Д) до 20 тыс. лет (максимум висконсина). Их основные питающие ледоемы располагались в полости самой кальдеры, как и в вулканических районах Камчатки [8, 30]. Таяние ледников над кровлей магматического очага ЙКК и попадание туда колоссальных объемов талых вод по системе многочисленных трещин приводили к остыванию и кристаллизации пород, последовательному ослаблению его энергетического потенциала, трансформации типа и режима поверхностной активности ЙКК.

Ничего необычного в наборе, характере и интенсивности процессов, происходящих сейчас в кальдере Йеллоустон и по ее периферии, нет. Контрастные деформации земной поверхности, коровые вулкано-тектонические и вулкано-магматические землетрясения вообще типичны для такого рода молодых структур, возникших в конце плиоцена — плейстоцене: Таупо-Роторуа (Новая Зеландия), Лардерелло и Флегрейские поля (Италия), Тоба (Индонезия). Нередки там и разной силы фреатические[2] и чисто паровые взрывы. Все это объясняется, включая и саму гидротермальную активность, продолжающейся жизнью существующих под кальдерами гигантских магматических очагов и высокой температурой неглубоко залегающих пород. Так, под кальдерой Йеллоунстон квазипластичные породы с температурой >350 до 450 °С находятся на глубине всего около 5 км [5, 40].

Подводя итог, необходимо отметить, что рассмотренные особенности эруптивной истории ЙКК в позднем плейстоцене-голоцене и длительная гидротермальная активность мало перспективны для будущего эксплозивного суперизвержения.

Йеллоустонский кальдерный комплекс — мнимый потенциальный объект глобальной вулканической опасности

Самый свежий долгосрочный научный прогноз вулканической активности и будущего катастрофического эксплозивного суперизвержения для района ЙНП дан в работе [3]. В ней также наиболее детально и всесторонне проанализирован имеющийся по ЙКК материал, начиная с момента возникновения комплекса и до настоящего времени, на котором этот прогноз и основан. Согласно ему вулканическая деятельность в Йеллоустоне не прекратилась и будет еще продолжаться неопределенно долго. Допускаются и равновероятны три ее варианта: 1) продолжение извержений риолитов в кальдере Йеллоустон и в северной радиальной разрывной зоне предыдущего цикла; 2) продолжение базальтовых извержений в зонах с возобновляемой активностью на окраинах риолитового плато и в кальдере Йеллоустон; 3) возобновление мощной вулканической деятельности в случае начавшегося нового цикла активности, вплоть до очередного эксплозивного кальдерообразующего суперизвержения. Суть подобного прогноза можно сформулировать кратко: что было на вулканераньше, то и будет в дальнейшем. Такой ультраактуалистический подход к долгосрочному прогнозу будущей активности малопригоден даже для обычных вулканов из-за эволюции их эруптивной деятельности и большинства составляющих ее параметров во времени [31, 32, 40].

При создании же долгосрочного прогноза почти не было принято во внимание и то, что ЙКК не обычный вулкан, а долгоживущий вулканический центр с весьма сложной историей развития, большим количеством возникших разнообразных форм рельефа, одноактных и многоактных. Недостаточно учитывались поэтапная история вулканической активности и продуктивности ЙКК, отсутствие там достоверно установленных следов вулканических извержений за последние 70 тыс. лет.

Для таких центров долгосрочный прогноз будущей вулканической активности, включая и катастрофические эксплозивные извержения, должен быть принципиально иным, основанным на анализе большего количества достоверных фактов. Важно также не допускать слепого следования принятой большинством американских геологов и вулканологов тектонике плит. В рассматриваемом случае, ими безоговорочно принимается, например, что Йеллоустонское горячее пятно мантийного питания неподвижно, а Северо-Американская плита достаточно быстро движется над ним к западу. На наш взгляд, более реален вариант с подвижным магматическим очагом (перемещающейся на В и СВ головной частью МСП), в отличие от мантийного плюма лишенным дополнительной глубинной магматической подпитки, и с малоподвижной Северо-Американской плитой. Это подтверждается и тем, что средняя вулканическая продуктивность ЙКК (до 6÷7×106 т/год) слишком мала для плюма — она более типична для нормального вулкана [31, 32]. Все это учтено автором статьи при рассмотрении вероятности будущего эксплозивного суперизвержения с поправкой на основные принципы долгосрочного прогноза вулканической активности, изложенные в работах [9, 31 и др.]. Наибольшее внимание нами уделено событиям и процессам IV цикла после суперизвержения Йеллоустон III ~640 тыс. л. н. [3, 5], которые заметно отличались от таковых I–III циклов, принципиально сходных друг с другом. Именно в этот период наметились тенденция и предпосылки для дальнейшего специфического проявления вулканической и гидротермальной деятельности в ЙКК в конце плейстоцена — голоцене. Непосредственным продолжением последнего периода является и современная эпоха, для которой составлен авторский долгосрочный прогноз будущей вулканической деятельности в ЙКК и вероятности эксплозивного суперизвержения Йеллоустон.

Развитие ЙКК во время циклов I–III происходило по единому шаблону: 1) разной длительности период подготовки катастрофического эксплозивного извержения со слабой вулканической продуктивностью, заканчивающийся пароксизмом с образованием кальдеры типа Вэллес; 2) резкий спад посткальдерной вулканической активности. Некоторым исключением был посткальдерный вулканизм II цикла.

Самым длительным (>2 млн. лет) и малопродуктивным был период подготовки суперизвержения I цикла, но с наибольшим весом выброшенной пирокластики (5900÷6400×109 т) и максимальной по площади (~4200 км2) кальдерой. Средняя вулканическая продуктивность I цикла составила >3.3×106 т/год, а ее термальный эквивалент — около 1015 кал/год. Доминировали породы риолитового состава как у лав, так и у пирокластики. Второй цикл активности ЙКК по средней вулканической продуктивности и энергетике был заметно слабее первого: 1.13÷1.24×106 т/год и 3.4÷3.7×1014 кал/год. Состав изверженных пород не изменился, их соотношение — тоже. Разница по количеству изверженных продуктов этих суперизвержений: второе было в 8–9 раз меньше по общему объему пирокластики и в 4–5 раз — по объему пирокластики территориально совмещенных эруптивных центров В I цикла и главного II. По нашему предположению, это было связано с ослаблением вулканического потенциала магматического очага ЙКК после очень большеообъемного выброса ювенильного вещества во время суперизвержения I цикла. По полной программе вулканизм проявился только в пределах ЮЗ части ЙКК. На СВ происходили лишь относительно небольшие по объему базальтовые излияния из эруптивных центров, приуроченных к молодым разрывным нарушениям [3].

Непосредственная подготовка к суперизвержению Йеллоустон III продолжалась ~520 тыс. лет. Эруптивная история этого межпароксизмального этапа принципиально не отличалась от таковой предыдущего. Самые площадные и большеобъемные излияния риолитовых лав происходили в районе современного резургентного купола Маллард Лейк. Излияния базальтов имели транзитный характер по отношению к ЙКК: их извержения из многочисленных центров были и внутри этой структуры, и за ее пределами. Вулканическая продуктивность для всего предкальдерного этапа — ~1.4×106 т/год. Завершающее цикл суперизвержение Йеллоустон III по масштабам (V = ~1500 км3 и вес 2700×109 т) занимает промежуточное положение между суперизвержениями I и II. Вулканическая продуктивность III цикла — 6.4÷6.8×106 т/год, термальный эквивалент — около 1.9÷2×1015 кал/год; это примерно в 2 раза выше, чем для I цикла и в 5 раз выше, чем у II.

Почти стандартный ход вулканической и вулкано-тектонической эволюции ЙКК в течение I–III циклов позволял прогнозировать и высокую вероятность завершавших циклы эксплозивных кальдерообразующих суперизвержений. Они и происходили, хотя и отличались по масштабам.

Однако этого уже нельзя было сделать после суперизвержения Йеллоустон III. Во-первых, из-за возникновения около 600 тыс. л. н. хорошо выраженных в рельефе дна кальдеры III резургентных куполов Маллард Лейк и Соу Крик, что свидетельствует о подъеме близко к поверхности большого объема в значительной мере дегазированного магматического вещества. На преобладание дегазированной магмы под куполами указывает излияние там по системе трещин четырех риолитовых лавовых потоков и следы лишь двух эксплозивных извержений. Во-вторых, начавшееся около 165 тыс. л. н. и продолжавшееся 90–95 тыс. лет массовое излияние предположительно с малой глубины объемных потоков высокотемпературной (850–1050 °С) риолитовой лавы из десятков эруптивных центров, сформировавших лавовые вулканы. Слившись основаниями, эти вулканические образования привели к возникновению риолитового плато объемом в 435 км3. Произошедшее в начале этапа (162±2 тыс. л. н.) эксплозивное кальдерообразующее извержение Вест Там было в 14–15 раз слабее, чем Йеллоустон III. Ему присвоен номер IV. Начало массовых излияний риолитовых лав и возникновение кальдеры Вест Там произошли примерно через 480 тыс. лет после суперизвержения Йеллоустон III. Столь длительный интервал сопоставим с таковыми между суперизвержениями I–II и II–III. То же относится и к весу пирокластики этих извержений и лав плато. Вес пирокластики кальдеры II (740×109 т) даже меньше веса пород риолитового плато (~1000×109 т), по версии [34] он составляет около 2200×109 т (1000 км3×2.2 т/м3). Поэтому нами был сделан вывод, что в варианте пирокластики породы риолитового плато по времени и весу могли бы стать в других условиях и продуктами следующего (“законного”) кальдерообразующего суперизвержения, которое не произошло. Подобная ситуация, когда вместо “мгновенно” возникшей отрицательной формы вулканического рельефа — кальдеры, появилась положительная — 90–95 тыс. лет формировавшееся риолитовое плато, была названа нами вулкано-геоморфологической инверсией в истории эволюции ЙКК. Она и стала главным препятствием для реализации в ближайшие сотни — тысячи лет (или вообще) суперизвержения типа и масштаба Йеллоустон III.

Не свидетельствует в пользу возможного будущего эксплозивного суперизвержения и длительный (≥70 тыс. лет) период отсутствия достоверных вулканических проявлений в кальдере Йеллоустон III с заменой их гидротермальной деятельностью как в самой кальдере, так и вне ее. Необходимо еще раз напомнить, что эта деятельность по тепловой мощности больше чем на порядок превышает термальный эквивалент вулканической продуктивности на всех рассматриваемых этапах эволюции ЙКК. То есть реализовалась и вторая препятствующая будущему суперизвержению (как минимум, на ближайшие сотни и тысячи лет), инверсия эволюционного развития ЙКК — вулкано-гидротермальная. Поэтому энергии на продолжение вулканической активности кальдерному комплексу уже, вероятно, и не хватает. Не исключено, что произошедшая смена может носить и необратимый характер. Следовательно, не только предполагаемое эксплозивное кальдерообразующее суперизвержение, но и вообще, сильные вулканические проявления в будущем здесь маловероятны из-за прогрессирующего истощения непополняемой энергетики магматического очага (фронтальной лопасти МСП) под ЙКК за счет затратной по выносу тепла мощной и длительной гидротермальной деятельности. Но здесь высока вероятность паровых взрывов разной силы, не исключаются и редкие фреатические взрывы, излияние небольших лавовых потоков, возникновение лавовых куполов.

Заключение

В настоящее время ЙКК изучен американскими исследователями всеми доступными современными методами. Поэтому он может служить эталонным объектом для составления надежных долгосрочных прогнозов по широкому спектру природных процессов и явлений, включая вулканическую деятельность и вероятность катастрофических извержений не только в США. Представленный в статье анализ этих данных по реконструкции эруптивной истории ЙКК с использованием авторских представлений о долгосрочном прогнозе будущей активности действующих вулканов и длительно существующих вулканических центров, а также более вероятной природе магматического очага ЙКК, позволяют сделать вывод о невозможности там в ближайшие сотни и тысячи лет нового эксплозивного кальдерообразующего суперизвержения. Оказавшееся нереальным будущее суперизвержение Йеллоустон — всего лишь частный случай. И это не снимает ответственности с вулканологов за поиск других потенциально опасных мест в молодых вулканических областях, где подобные опасные суперизвержения реальны: они были в прошлом и, несомненно, произойдут и в будущем. Для их выявления и диагностики должны быть задействованы самые современные геолого-геоморфологические, вулканологические, геофизические и аэрокосмические методы исследований, проводимых под руководством РАН РФ.

Благодарности. Автор благодарен своим коллегам Л. И. Базановой, И. Ф. Делеменю, Т. П. Кирсановой — за обсуждение представлений и выводов этой публикации, Д. В. Мельникову — за помощь в подборе материалов к ней, Р. Р. Курмашовой — за ее оформление.

Acknowledgements. The author is grateful to his colleagues L. I. Bazanova, I. F. Delemen, T. P. Kirsanova — for the discussion of this publication; to D. V. Melnikov — for his help in the selection of materials, to R. R. Kurmashova — for the assistance in preparing the manuscript.

I. V. Melekestsev

Institute of Volcanology and Seismology FEB RAS

Author for correspondence.
Email: dirksen@kscnet.ru

Russian Federation, 9, Piip avenue, Petropavlovsk-Kamchatsky, 683006

  1. Shebalin P. N. Ash of the Yellowstone. Vokrug sveta. 2015. No. 5. P. 98–102. (in Russ.)
  2. Tilling R. I. and Bailey R. I. The program studies of volcano hazards in USA, in Zemletryaseniya i preduprezhdenie stihiynykh bedstviy (The earthquakes and mitigation of cataclysms. XXVII International Geological Congress. Colloquium 06. Reports). Vol. 6. Moscow, 4–14 August 1984. P. 82–91.
  3. Christiansen R. L. The Quaternary and Pliocene Yellowstone Platean Volcanic field of Wyoming, Idaho and Montana. U. S. Geological Survey, Reston, Virginia: 2001. P. 61–145.
  4. Dzurisin D. and Yamashita K. M. Vertical Surface displacements at Yellowstone caldera, Wyoming, 1976–1986. J. Geophys. Res. 1987. Vol. 92. P. 13753–13766.
  5. Smith R. B. and Braile L. W. Topographic signature, space-time evolution, and physical properties of the Yellowstone-Snake River Plain Volcanic system: the Yellowstone hotspot. Geology of Wyoming: Geological Survey of Wyoming Memoir. 1993. No. 5. P. 694–754.
  6. Bazanova L. I., Braitseva O. A., Melekestsev I. V., and Puzankov M.Yu. The potential hazard at eruptiones Avachinsky volcano, in Geodinamika i vulkanizm Kurilo-Kamchatskoy ostrovoduzhnoy sistemy (Geodynamics and volcanism of Kurile-Kamchatka Island Arc system). Petropavlovsk-Kamchatsky, 2001. P. 390–407.
  7. Braitseva O. A. and Melekestsev I. V. Karymsky volcano: Origin, Eruptive History and long-range. Vulkan. Seismol. 1989. No. 2. P. 14–31. (in Russ.)
  8. Melekestsev I. V. The specifices of glaciation of volcanic regions, in Kamchatka, Kurily i Komandorskie ostrova (Kamchatka, Kurile and Komandorsky Islands). I. V. Luchitsky. Ed. Moscow: Nauka (Publ.), 1974. P. 418–421.
  9. Melekestsev I. V. and Ponomareva V. V. Modern (N22-Q4) volcanism in Russia, in Noveyshiy i sovremenniy vulkanizm na territorii Rossii (Newest and modern volcanism within the territory of Russia). N. P. Laverov. Ed. Moscow: Nauka (Publ.), 2005. P. 107–232.
  10. Hayden F. V. Preliminary reports of the United States Geological Survey of Montana and Portions of Adjacent Territories. U. S. Geological and Geographical of the Territories. Fifth Annual Report (for 1871). 1872. P. 13–165.
  11. Hague A. Geological history of Yellowstone National Park. American Institute of Mining Engineers Transactions. 1888. Vol. 16. P. 783–803.
  12. Hague A. Age of the igneous rocks of the Yellowstone Park. American Journal of Science. 1896. Vol. 151. P. 445–457.
  13. Hague A., Iddings J. P., Weed W. H., Wallcot C. D., Girty G. H., Stanton T. W., and Knowlton F. H. Descriptive geology, petrography, and paleontology. Pt. 2 of Geological Survey Monograph. 1899. Vol. 32. 893 p.
  14. Howard A. D. Hydrothermal Phenomena of the Yellowstone National Park. Catalogue of the active volcanoes of the World. Part IX. 1960. P. 61–68.
  15. Leeman W. P., Oldow J. S., and Hart W. K. Lithosphere-scale thrusting in the Western U. S. Cordillera as constrained by Sr and Nd isotope transitions in Neogene volcanic rocks. Geology. 1992. Vol. 20. P. 63–66.
  16. McCurry M., Hayden K. P., Morse L. H., and Mertzman S. Genesis of post-hotspot, A-type rhyolite of the Eastern Snake River Plain volcanic field by extreme fractional crystallization of olivine tholeiite. Bull. Volcanol. 2008. Vol. 70. No. 3. P. 361–384.
  17. Meertens C. M., Smith R. B., and Vasco D. M. Crustal deformation of the Yellowstone caldera from first GPS measurements: 1987–1989. Geophys. Res. Lett. 1992. Vol. 18. P. 1763–1766.
  18. Erlich E. N. The problem of calderas on Internatiol symposium “The roots of volcanoes” (Oxford, 7–13 November 1969). Bull. Volkan. Stan. 1971. No. I47. P. 83–87. (in Russ.)
  19. Lehman J. A., Smith R. B., Schill M. M., and Braile L. W. Upper crustal structure of the Yellowstone caldera from delay time analyses and gravity correlations. J. of Geophys. Res. 1982. Vol. 87. P. 2713–2730.
  20. Branney M. J., Bonnichsen B., Andrews G. D. M., Ellis B., Barry T. L., and McCurry M. Snake River (SR) — type volcanism at the Yellowstone hotspot track: distinctive products from unusual, high-temperature silic super-eruptions. Bull. Volcanol. 2008. Vol. 70. No. 3. P. 293–314.
  21. Christiansen R. L., Foulger G. E., and Evans J. R. Upper-mantle origin of the Yellowstone Hotspot. Geol. Amer. Bull. 2002. Vol. 114. P. 1245–1256.
  22. Eaton G. P., Christiansen R. L., Iyer H. M., Pitt A. M., Mabey D. R., Blank H. R., and Gettangs M. E. Magma beneath Yellowstone National Park. Science. 1975. Vol. 188. P. 787–796.
  23. Christiansen R. L. and McCurry M. Contrasting origins of Cenozoic silicis volcanic rocks from the western Cordillera of the United States. Bull. Volcanol. 2008. Vol. 70. No. 3. P. 251–268.
  24. Melekestsev I. V. and Slezin Yu. B. Magma superflows in the Bering Sea. Partla. The model and the Geological and Geomorphologic features. Volcanol. Seismol. 2017. No. 1. P. 3–16. (in Russ.)
  25. Watkins N. D. and Gunn B. M. Major and trace element variation in seventy successive Miocene lavas from southeastern Oregon, U. S. A. Intern. Assn. Volcanology and Chem. Earth’s Interior, Symposium on Volcanoes and Their Roots, Oxford Univ. Abstracts vol. 1969. 276 p.
  26. Brueseke M. E., Hart W. K., and Heizler M. T. Diverse mid-Miocene silicicy volcanism associated with the Yellowstone-Newberry thermal anomaly. Bull. Volcanol. 2008. Vol. 70. No. 3. P. 343–360.
  27. Magill J. and Cox A. Post-Oligocene tectonic rotation of the Oregon western Cascade Range and the Klamath Mountains. Geology. 1981. Vol. 9. P. 27–131.
  28. Peng X. and Humphreys E. D. Crustal velocity structure across the eastern Snake River Plain and the Yellowstone Swell. J. Geophys. Res. 1998. Vol. 103. P. 7171–7186.
  29. Sparlin M. A., Braile L. W., and Smith R. B. Crustal structure of the eastern Snake River Plain determined from ray-trace modeling of seismic refraction data. J. Geophys. Res. 1982. Vol. 87. P. 2619–2633.
  30. Smith R. B. and Bruhn R. L. Intra plate extensional tectonics of the western U. S. Cordillera: inferences on structural style from seismic reflection data, regional tectonics and thermal-mechanical models of brittle-ductile deformation. J. Geophys. Res. 1984. Vol. 89. P. 5733–5762.
  31. Melekestsev I. V. Vulkanizm i rel’efoobrazovanie (Volcanism and relief-formation). Moscow: Nauka (Publ.), 1980. 212 p.
  32. Polyak B. G. and Melekestsev I. V. Productivity of volcanic apparatures. Volcanol. Seismol. 1981. No. 5. P. 22–37. (in Russ.)
  33. Volcanoes of the World. Siebert L., Simkin T., Kimberly P. Eds. Smithsonian Institution. University of California Press. 2010. 551 p.
  34. Christiansen R. L. Yellowstone Plateau. Volcanoes of North America. United States and Canada. Wood Ch. A., Kienle J. Eds. Cambridge University Press. 1991. P. 263–266.
  35. Karpov G. A., Fazlullin S. M., and Nadeznaya T. B. Liquid sulfur at the bottom of a thermal lake in the Uzon, caldera, Kamchatka. Volconol. Seismol. 1996. No. 2. P. 34–47. (in Russ.)
  36. White D. E. Thermal waters of volcanic origin. Geol. Soc. of America Bull. 1957. Vol. 68. P. 1637–1658.
  37. White D. E. Hydrology, activity, and heat flow of the Steamboat Springs thermal system, Washoe County, Nevada. U. S. Geological Survey Professional Paper 458-V. 1968. 109 p.
  38. Fournier R. O. and Pitt A. M. The Yellowstone magmatic — hydrothermal system, U. S. A. Geothermal Resources Council International Symposium on Geothermal Energy, International Volume. 1985. P. 319–327.
  39. Fournier R. O., White D. E., and Truesdell A. H. Convective heat flow in Yellowstone National Park. Second United Nations Symposium on Development and Use of Geothermal Resources Proceedings. 1976. P. 731–739.
  40. Sibson R. H. Fault zone models, heat flow, and the depth distribution of earthquakes in the continental crust of United States. Bull. Seism. Soc. of America. 1982. Vol. 72. P. 151–164.
  41. Melekestsev I. V. The types and ages actives volcanoes in Kamchatka. Bull. Volcanol. Stan. 1973. No. 49. P. 10–17. (in Russ.)

Supplementary files

Supplementary Files Action
1. Fig. 1. Eruptive centers and faults in the area of the Yellowstone Caldera Complex (according to [3] with changes) View (449KB) Indexing metadata
2. Fig. 2. Geophysical transverse profile across the eastern part of the Plain. Snake (by [16, 28, 29] with changes) View (490KB) Indexing metadata
3. Fig. 3. Removal of matter and thermal energy by volcanoes and ICH hydrotherms for 2.2 million years (according to materials [3], etc.) View (45KB) Indexing metadata
4. Fig. 4. Removal of matter and thermal energy by volcanoes and ICH hydrotherms for the last 780 thousand years (according to materials [3], etc.) View (44KB) Indexing metadata

Views

Abstract - 181

PDF (Russian) - 75

Cited-By


PlumX


Copyright (c) 2019 Russian Academy of Sciences