Металлические вулканы

Земные вулканы образуются при извержениях частично расплавленной магмы. На нашей планете это в основном жидкие горные породы с преобладанием кремнезема. Однако не каждое планетарное тело состоит из них, есть тела из замерзших льдов, например спутник Сатурна Энцелад, извергающий в процессе криовулканизма воду в космос и на свою поверхность. Логично предположить, что на металлических космических телах следует ожидать явления ферровулканизма. И такое тело есть: это Психея, астероид размером в сотни километров, входящий в число астероидов главного пояса. По спектральным данным, ее поверхность покрыта никелем и железом.

Интересуясь вулканизмом на телах, состоящих в основном из металлов, четверо физиков Северо-Каролинского университета под руководством профессора Арианны Сольдати решили с помощью модельного эксперимента узнать, как образуются потоки металлической лавы. Исследователи изучили формирование и течение жидких смесей металлов, в основном железа, и скальных пород, помещенной в высокотемпературную печь. Выливая расплавленную смесь, ученые смогли установить различия в поведении двух компонентов.

При высоких температурах железо отделяется и опускается вниз, как это давно и хорошо известно по доменному производству. Поэтому металлический расплав в основном движется под расплавом скальной породы и языками выползает из-под него на перемещающемся фронте. Плотная и очень текучая металлическая лава движется гораздо быстрее, чем менее плотные и более вязкие скальные расплавы, и распределяется по охлаждающей поверхности тонким слоем. Она также разбивается на мириады мелких ветвящихся струй. В своей динамике два вида потоков практически независимы, турбулентное взаимодействие по границе не приводит к сильному смешиванию.

Все это значит, что на металлической планете извержения должны оставлять специфический ветвящийся рельеф, который легко отличить от толстых и шероховатых слоев застывших лав горных пород. Арианна Сольдати говорит: «Уже первое исследование проблемы позволяет предполагать, что металлические вулканы не будут выглядеть как классический земной вулкан вроде Фудзиямы. Скорее они будут очень покатыми и широкими конусами, так как металл должен легко растекаться».

Дело за малым. НАСА планирует в следующем году запустить к Психее специальную миссию. В начале 2026 года ландшафты металлического астероида станут доступны всему человечеству.

(Nature Communications, 2021, т. 12, № 1, полный текст)