– Ольга, что представляют собой и чем интересны вулканы, которые вы изучаете?

– Вулканический ареал Чанбайшань охватывает территорию площадью свыше 15 тысяч квадратных километров и располагается на границе Китая и Корейской Народно-Демократической Республики. Крупнейший вулкан здесь – Чанбайшань Тяньчи, корейское название – Пэктусан. Это уникальный геологический объект. Он известен не только излияниями базальтовых лав, но и масштабными извержениями риолитов – вулканических аналогов гранита. Представители этой породы существенно обогащены натрием, калием и стратегически важными редкими металлами, такими как редкоземельные элементы, торий, ниобий, тантал и цирконий. Закономерности эволюции магм вулкана можно считать моделью формирования редкометальных магматических месторождений.

Вулкан Чанбайшань Тяньчи имеет сложное строение. Диаметр его основания достигает 100 километров, высота – 2750 метров – это пик Чангун. Вершину вулкана венчает кальдера – большой (до 4,4 км в поперечнике) кратер с крутыми отвесными стенами. В нем находится озеро Тяньчи, что в переводе с китайского означает «небесное озеро». Его глубина – 400 метров, а водная гладь расположена на высоте 2257 метров над уровнем моря.

Вулкан возник 2,7 миллиона лет назад, он действующий. Его мощнейшее извержение произошло в 946 году нашей эры. Тогда пепел риолита и частицы пемзы достигли даже Японских островов и юга нынешнего Приморья России. Именно в результате этого извержения сформировалась кальдера, которая позже в результате выпадения дождя и снега превратилась в озеро, которое назвали Тяньчи. Далее следовала череда исторических извержений 1668-го, 1702-го, 1898-го, 1903 годов. Их продуктами также были пепел и пемза.

На территории Чанбайшаньского ареала есть еще три крупных вулкана. Два из них расположены в Северной Корее и один в Китае. Для всех четырех характерен схожий состав пород, хотя и с некоторыми различиями. Сравнение состава магм и их эволюции для различных вулканов ареала помогает определить механизмы накопления в них рудного вещества.

– Как выглядит процесс изучения магматической эволюции вулканов?

– В этом проекте вместе с нами участвуют коллеги из Пекинского университета. Приготовления к экспедиции начинаем еще в Москве с просмотра Google-снимков и выбора маршрутов. Потом обсуждения продолжаются уже с китайскими учеными в Пекине, где проходит завершающая фаза подготовки. Затем отправляемся в Северо-Восточный Китай, где останавливаемся в небольших гостиницах неподалеку от вулкана.

Изучение вулканов всегда начинается с полевых работ и отбора разных образцов пород. Мы работали в Чанбайшаньском ареале четыре сезона – в 2011-м, 2012-м, 2014-м и 2018 годах. За это время исследовали геологические разрезы склонов вулканов Чанбайшань Тяньчи и Ван-Тянь, которые расположены в 30 километрах друг от друга. Также собрали коллекцию образцов пород лавового плато Чанбайшань, которое сформировалось в результате излияний базальтовых лав по трещинам в земной коре. Главное наше орудие во время полевых работ – конечно же, геологический молоток.

А дальше – изучение собранных пород в лаборатории редкометального магматизма Института геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН, которую возглавляет академик РАН Владимир Викторович Ярмолюк. В первую очередь подготавливаем образцы пород к химическому анализу: дробим и истираем их в пудру. Химический анализ образцов позволяет узнать содержание главных и редких элементов в породах. Самый распространенный метод – рентгенофлюоресцентный анализ (РФА), основанный на взаимодействии рентгеновского излучения с исследуемым веществом. РФА отличается широким диапазоном определения элементов.

Также используем метод масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ICP-MS). Это способ измерения отношения массы заряженных частиц вещества (ионов) к их заряду с предварительной ионизацией в индуктивно-связанной плазме.

Для того, чтобы разобраться, как проходила магматическая эволюция, я делаю акцент на изучении расплавных включений в минералах пород. В земной коре под вулканами есть целая система глубинных трещин и резервуаров, в которые поступает магматический расплав из мантии. Такие резервуары называются магматическими камерами. Там и кристаллизуются минералы. Когда они растут, в них часто образуются дефекты – каверны и полости, в которые снова попадает магматический расплав. При подъеме магм кристаллы с такими включениями оказываются на поверхности.

Для изучения вулканических пород мы также используем муфельные печи и микротермокамеры. Нагревая в них магматические включения, выясняем температуру, при которой они попали в полость растущего кристалла.

– Какие уже есть результаты?

– Мы обнаружили, что расплавы, которые участвовали в формировании всего спектра пород вулкана Чанбайшань Тяньчи, прошли длительную эволюцию в широком температурном интервале – 1220–700 ^oC и давлении 3100–1000 бар. Самые глубинные базальтовые расплавы кристаллизовались в 10–13 км от поверхности, а риолитовая магма – в 8–3,5 км. Возникновение риолитов, значительно обогащенных редкими металлами, мы связываем с кристаллизационной дифференциацией (изменением химического состава расплава в результате кристаллизации) в системе магматических камер под вулканом.

– Вы и дальше собираетесь изучать вулканы ареала Чанбайшань?

– Да. Планируем провести исследование расплавных включений во всей серии пород вулкана Ван-Тянь, который сформировался немного раньше Чанбайшаня Тяньчи. При визуальном сходстве их пород есть, однако, и существенные различия в химическом составе, в частности, по содержанию редких металлов в лавах. Для нас важно изучить эволюцию двух типов расплавов, в одном случае приводящую к появлению, по сути, рудных содержаний редких элементов в породах, а в другом – нет. Такие исследования помогут найти механизмы накопления редких металлов в магматическом процессе.