Волосы Пеле

На фото — не волосы и не клочья сена намотались на радиоантенну, а тонкие нити вулканического стекла. Такую причудливую форму иногда принимает базальтовая лава (см. Аа-лава) при очень быстром застывании. Эти нити получили название волосы Пéле, в честь Пéле — гавайской богини вулканов. Антенна установлена на южном краю шлакового конуса Пуу-Оо в восточной части вулкана Килауэа на острове Гавайи, который регулярно извергает лаву. Именно на склонах Килауэа впервые обнаружил такие нити геолог и зоолог Джеймс Дана во время Американской исследовательской экспедиции (см. United States Exploring Expedition) 1838–1842 гг. под руководством Чарльза Уилкса. Это явление Дана описал в одном из трех своих отчетных докладов об экспедиции (см. Geology, глава Hawaiian Islands, стр. 179), опубликованном в 1849 году.

Во время извержения фонтаны лавы поднимаются высоко в воздух, и ветер вытягивает капли горячей базальтовой лавы малой вязкости в тонкие нити диаметром от 0,3 до 1 мм, которые могут уноситься на десятки километров от источника извержения. Длина отдельных волокон может достигать двух метров. Также волосы Пеле могут образовываться путем вытягивания на ветру расплавленного базальтового стекла из лавы, падающей в виде каскада с отвесных береговых скал.

Иногда отдельные нити или пучки нитей заканчиваются каплевидными образованиями базальтового вулканического стекла, соответствующие по составу сидеромелану или тахилиту. Эти образования получили название «слёзы Пеле», а обнаружить их можно только в непосредственной близости от очага извержения, так они слишком тяжелые, чтобы разноситься ветром на большие расстояния.

Во время последнего извержения вулкана Килауэа, которое произошло в мае–июне 2018 года, образовалось такое количество волос Пеле, что ими оказались засыпаны все окрестности вулкана, включая пляжи, дороги и сельхозугодья. Волокна лавы висели на ветвях деревьев, радиоантеннах и электрических столбах.

Главным источником волокон тогда стало бурлящее лавовое озеро, образовавшееся в кратере Халемаумау вулкана Килауэа.

Так как волосы Пеле — это природное стекловолокно, они представляют реальную угрозу для людей и животных. Вдохнув волокна вместе с воздухом или выпив с водой, можно получить механические повреждения легких и желудка, а разносимая ветром игольчатая пыль обломков волокон представляет опасность для глаз. Нельзя к волосам Пеле прикасаться и голыми руками. Очень хрупкие и острые волокна могут врезаться в кожу в виде тонких стеклянных заноз.

Внимательно изучая внутреннее строение и морфологию нитей, можно определить многие параметры образования волос Пеле: температуру лавы во время выброса, скорость выброса, вязкость лавы, начальный размер капель, направление движения лавы. Недавно группа ученых из Италии и США провела детальные исследования нитевидных волокон базальтовой лавы вулкана Килауэа. Их изучали с помощью оптического и сканирующего электронного микроскопа с привлечением новейшего метода рентгеновской компьютерной микротомографии с синхротронным излучением (см. X-ray microtomography), который позволил впервые провести трехмерное восстановление внутренней структуры волос с высоким разрешением.

Были взяты волосы Пеле, образовавшиеся в трех различных с точки зрения геологических условий обстановках: из фонтанов лавы кратера Килауэа-Ики, из лавовых потоков, стекающих в океан, и из бурлящей лавы лавового озера, расположенного в кратере Халемаумау. В электронном микроскопе видно, что внутри нитей много захваченных лавой газовых пузырьков. Иногда вытянутые вдоль оси нитей пузырьки соединяются между собой, образуя внутренние полые каналы. Причем чем тоньше нити, тем протяженнее эти внутренние каналы.

Самые толстые нити и наименее вытянутая (наиболее округлая) форма пузырьков характерны для эпизодов быстрого выброса лавы с низкой вязкостью (лавы кратера Килауэа-Ики). Объем газовых пузырьков в волокнах этих лав больше, то есть эти нити более пористые. Исходя из морфологии пузырьков была рассчитана скорость выделения лавы: при фонтанировании из кратера Килауэа-Ики она составляла 297 м/с; скорость распространения лавы в лавовых потоках была оценена на уровне 1–15 м/с, а для бурлящей лавы Халемаумау — 12 м/с. Объем первичных капель лавы, из которых вытягивались нити, составлял, соответственно, 1 мм³, 0,2–0,3 мм³ и около 0,01 мм³. Удалось рассчитать и время закалки — быстрого остывания, при котором жидкий расплав переходит в твердый минералоид (которым является вулканическое стекло), минуя стадию кристаллизации: для толстых волокон Килауэа-Ики — 15 с, для нитей лавовых потоков — 3 с, для самых тонких волос Пеле кратера Халемаумау — около 1 с.

Главный параметр, определяющий морфологию волос Пеле из разных источников и насыщенность нитей газовыми пузырьками и полыми каналами, — это вязкость лавы: от нее зависит способность капель к деформации под действием ветра и расширение газа в газовых пузырьках. Минимальная вязкость характерна для лавы кратера Килауэа-Ики, а максимальная — для лавы Халемаумау. Поэтому мельчайшие капли лавы, образующиеся при бурлении лавового озера Халемаумау, вытягивались ветром в очень длинные нити, разносимые на большое расстояние.

Выявленная связь между морфологией, внутренним строением нитей и вязкостью исходной базальтовой лавы должна быть характерна не только для лавы гавайских вулканов, но и для волос Пеле из других частей планеты, например вулканов Масая в Никарагуа, Этна в Италии, Эрта Але в Эфиопии. В Исландии тоже есть нитевидные базальтовые лавы. Там их называют nornahár — «волосы ведьмы».

О другой форме вулканического стекла, образующейся при излиянии лав кислого состава, а не основного, как базальты, мы рассказывали в картинке дня Снежный обсидиан.

Фото с сайта volcanoes.usgs.gov, Пуу-Оо, Гавайские острова, 22 июля 2005 года.

Владислав Стрекопытов