Рождение вулканов

В истории Земли имеется немного примеров, когда вулканы рождались прямо на глазах человека, и еще более редко удавалось ученым проследить все этапы возникновения и развития вулкана. Пожалуй, наиболее известпым случаем появления новой огнедышащей горы является рождение вулкана Парикутип в штате Мичоакан в Мексике, которое произошло 20 февраля 1943 г.
Основным крупным населенным пунктом штата был город Сан-Хуан-Парангарикутиро с населением около 4000 человек. Как принято в Южной Мексике, имя горо да было составлено из двух названии: испанского (Сан-Хуан) и индейского (Парангарикутиро). В 2 км к югу от него располагалась деревня Парикутип, в которой жило около 150 семей индейцев-тарасков. Деревня Парпкутлн славилась фруктами, особенно грушами. Вокруг располагались плодородные поля, на склонах древних полуразрушенных вулканов росли дубовые и сосновые рощи, которые давали строительный лес и скипидар. Здесь же протекала небольшая пересыхающая летом речка Парикутип. Долина ее была окружена со всех сторон небольшими размытыми кратерами древних вулканов (рис. 7).

Шла спокойная привычная жизнь. Крестьяне каждое утро выезжали на своих повозках, запряженных быками, на поля или в лес и к вечеру возвращались домой. 5 февраля, появились первые подземные толчки, но жители этого вулканического района не обратили на них особого внимания. 20 февраля 1943 г. индеец Дионисио Пулидо приехал на свой участок с женой и сыном. День был тихий, и небо яспо. Во второй половине дня усилился слышный до того слабо подземный гул. Внезапно послышался шум: как будто лили воду на горячие угли (по выражению очевидца). На вспаханном поле в одном месте поднялся черный дым, и образовалась трещина длиной около 50 м и шириной 5 см, а на ней— небольшое жерло диаметром около 30 см. Этот вулканчик недолго оставался таким маленьким. Жерло постоянно расширялось в результате разрушения стенок, и облако дыма и пепла все выше поднималось в небо. Когда на следующий день Пулидо выехал на свое поле, он увидел там холм высотой около 10 м, который постепенно увеличивался в размерах. Через неделю вулканический конус достиг в высоту 167 м.
Вулкан Парикутин действовал несколько лет. В первые два года извержения происходили из основного жерла, ио затем рядом с ним сформировались еще два паразитических, которые также дали выбросы пепла и излияния лав. За это время потоки лав покрыли площадь 18,5 км2 и уничтожили деревню Парикутин (рис. 8) и город Сан-Хуан-Парангарикутиро. После трех лет деятельности высота вулкана достигла 350 м (рис. 9). Вулкан погубил всю растительность на площади 60 км2. Излияния лав происходили из вулкана в направлении на север. Они вытекали из трещин, из паразитических кратеров на склонах вулкана. Больше всего лав появилось из кратера Зопнхо (в пер. на рус. язык — мальчик). Лава была жидкой, имела базальтовый состав и текла со скоростью 60—100 см/с.
Американские ученые изучили химический состав вулканического материала вулкана Парикутин и установили ряд очень интересных закономерностей. Исследовалось водержание оксидов различных элементов: SiCb, AI2O31 MgO, CaO, Na20, K2O, TiQ2, P2Os и МnО. Оказалось, что, хотя породы по-прежнему оставались базальтами, их химический состав заметно изменялся от извержения к извержению. На рисунке 10 показано изменение содержания некоторых оксидов в лавах вулкана Парикутин в зависимости от года извержения.



Как оказалось, оксида кремния (IV) в лавах в 1943 г т. е. в период зарождения вулкана, было 55%, в 1952 г. оно уже\" достигло 60%, содержание оксида калия и оксида натрия увеличилось лишь немного, а оксидов алюминия, железа (II), кальция и магния существенно понизилось. Особенно быстрое увеличение массы оксида кремния (IV) произошло в 1947 г. О причинах такого значительного изменения химизма лав поговорим немного позднее, а сейчас вернемся снова к рассказу о том, как происходит рождение вулканов.
На другом берегу Тихого океана, в Японии, почти в это же время происходило образование новой вулканической горы. У южной оконечности острова Хоккайдо располагается известный вулкан Усу. В конце декабря 1943 г. здесь было отмечено большое число подземных толчков, центр которых быстро сместился к восточной подошве старого вулкана. В этом месте земная поверхность начала интенсивно подниматься, образуя как бы купол диаметром 4 км. Весь участок поднимался со скоростью примерно 30 см за день и за полгода поднялся на 50 м. И тогда произошел взрыв. Над одним из рисовых полей поднялся столб грязи, пепла и каменных глыб. Здесь появился кратер шириной 50 м, который постоянно выбрасывал каменные глыбы на большую высоту. В кратере образовалось горячее озеро, куда стекли все окрестные воды. Родники и ручьи в пределах поднимающегося купола пересохли, а в окружающих районах стали многоводными и вышли из берегов. Но все глыбы, выброшенные при взрыве, были холодными, излияний настоящей лавы не было. Ученые называют эти взрывы фреатическими. Они происходят в результате резкого вскипания воды на глубине и увеличения давления пара. Наконец, почти через год после начала подземных толчков начались собственно вулканические явления. Из крупной трещины был выдавлен большой холм густой и вязкой андезитовой лавы. Холм постепенно рос в высоту и в ширину и поднялся почти на 300 .м. Температура магмы достигала 1000°С, и древние глины, которые здесь залегали, превратились в обожженные кирпичи. Так и вознесся на трехсотметровую высоту новый вулкан Сева-Синдзан в красной шапке из кирпичей. Интересно, что очень многие ценные сведения о росте вулкана были получены деревенским почтальоном, жившим ьиподалеку. Он наблюдал за извержениями из окна почты и не только записывал все, что видел, но и делал зари-еовки контуров вулкана на бумаге, наклеенной на окне. За рождением вулкана наблюдало и много специалистов-вулканологов, вооруженных чувствительными приборами. Они установили, что в процессе образования Севы-Синд-зана\' произошли значительные изменения магнитного поля. Сейсмическая разведка доказала, что магма поднималась с больших глубин. Выл установлен химический состав газов, и оказалось, что основную массу в нем составляют пары воды — 96,6 %, хлороводорода — 2,1%, сероводорода — 0,7%, водорода — 0,3%.
Хотя эти два вулкана— Парикутин и Сева-Сандзан — образовались почти в одно и то же время, из описания можно видеть, как мало общего в их формировании. Если мексиканский вулкан — это выбросы и накопление лав, туфов и шлаков, то японский — своеобразное вздутие, образованное вязкой породой. Породы вулкана Сева-Синд-зап — весьма вязкие андезиты с высоким содержанием в. них кремнезема, в то время как при образовании Парику-т.ина изливался очень жидкий базвльт с содержанием оксида кремния (IV) от 55 до 60%. Такое отличие в химическом составе вулканических пород определило коренные различия в механизме образования вулканов. Как пишет Г. Тазиев: «...в одном случае пашни и селения были погребены под продуктами выбросов, а в другом — вся окружающая местность была поднята ввысь чуть ли не на триста метров и обращена в выжженную пустыню» \'.
Американский вулканолог Г. А. Макдональд изучал образование новых вулканических жерл на Гавайских островах. В начале 1955 г. на восточном склоне вулкана Килауэа участились землетрясения. С помощью точных приборов — сейсмографов — было установлено место зарождения толчков, которое позволило вулканологам выбрать нужный участок для наблюдения. С-каждым днем число подземных толчков росло. Сначала было 6—15 толчков в день, затем 100—300 и наконец бОО-т-700. Становилось ясно, что вот-вот должен произойти вулканический взрыв. На стоящей, неиодалеку форме животные также почувствовали приближающуюся опасность. Странно вели себя собаки. Они рыли землю-и возбужденно обнюхивали вскрытые норы, вероятно, чувствовали запах вулканических газов, проникающих сквозь землю. Извержение началось утром. Поднялся склон холма, дорогу пересекли трещины, а из них забили фонтаны жидкой лавы высотой от 1 до 18 м. Газ, вырывающийся из трещин, поднимал в воздух капли жидкой лавы, которые застывали в стекло. Иада» на,землю, они создавали шум, похожий на звон разбивающейся посуды. Нагромождение обломков создавало вокруг трещин конусовидные холмы. По соседству открылось еще несколько вулканических жерл. На поверхности земли появились тонкие изогнутые трещипы, ширина которых постепенно увеличилась до 5—7,5 см. Из трещин вырывались белые облака удушливого дыма, состоящего из газов сероводорода и оксида серы (IV) с небольшой примесью водорода, кислорода, оксида углерода (IV) и серы. Через несколько минут из трещины были выброшены раскаленные обломки лавы, а затем над ней появился и стал увеличиваться пузырь из расплавленной лавы. Он достиг в диаметре 30—45 см и расползся. Затем в этом месте забил фонтан жидкой лавы, вокруг которого образовался холм из застывших брызг.
Не следует, однако, думать, что вулканы могут зародиться в любом месте. В центре европейской части нашей страны, в Сибири, на Урале вулканические бури отшумели уже давно, почти 400 млн. лет назад. Сейчас земная кора здесь совершенно успокоилась. Вулканы появляются и появлялись на свет лишь на определенных участках нашей планеты и не в одиночку, а группами, слагая крупные вулканические районы. Так, например, вулкан Пари-кутин, о рождении которого было рассказано, появился в пределах западной части главной вулканической дуги Мексики. Она представляет собой более чем тысячекилометровую полосу вулканов, протянувшуюся от побережья Мексиканского залива до берегов Тихого океана. В зтой полосе находятся самые высокие и самые известные вулканы Мексики: Орисаба, Попокатепетль, Икстацихуатл, Невадо де Толука и другие.
Современные действующие вулканы укладываются в полосы, или зоны, которые располагаются преимущественно на окраинах материков, на берегах морей и океанов, на островах. Ранее предполагалось даже, что извержение происходит в результате проникновения морской воды в глубины Земли. На самом деле приуроченность вулканов к материковым окраинам имеет другие причины; именно здесь находятся сейчас самые подвижные участки земной коры, области самых активных землетрясений. Что же представляют собой эти подвижные участки земной коры? Современные представления о них получены в основном в последние годы в результате детальных исследований дна океанов.
Большие глубины океана пока недоступны человеку для непосредственного изучения, но с помощью специальных устройств ученые научились отбирать образцы горных пород с океанского дна. Для этого используется драгирование дна океапа: с палубы научно-исследовательского корабля на дно опускают специальное захватывающее устройство, которое собирает с грунта обломки камней. Другой способ отбора пород —\"глубоководное бурение. На воду спускается плавучая платформа, на которой установлено бурильное устройство. Буровые трубы, пройдя сквозь толщу воды, вгрызаются в дно и достают оттуда столбик горной породы — керн. Породы, добытые со дна океана, детально исследуют.
Изучение поверхности океанического дна привело к открытию подводных срединно-океанических хребтов — горных цепей большой протяженности и высоты среди подводных океанических равнин. В центральной части вдоль осевой линии хребта протягивается глубокий ров, который геологи называют рифтом. Такие хребты обнаружены в Тихом, Индийском, Атлантическом океанах. На срединно-атлантическом хребте расположены вулканические области Исландии, Азорских островов и островов Тристан-да-Кунья.
В Исландии вулканическая деятельность происходит уже на протяжении 70 млп. лет. Этот остров сложен двумя базальтовыми полями, толщина которых достигаег 1 км. Между ними проходит центральная зона, с которой связаны все проявления современного вулканизма. В последние 10—15 тыс. лет в Исландии действовало не менее 200—300 вулканов. В это время сформировались крупные исландские вулканы, в их числе известная Гекла. Со времени заселения Исландии норвежскими викингами в IX в. вулкан Гекла извергался 15 раз.
В последнем столетии в Исландии было отмечено примерно 20 вулканических извержений на вулканах Аскья, Ватнайокулл, Мундафел-Ламбафит, Катла, Гекла, Сурт-сей, Хелгафелл, Срединный хребет, на котором находят

ся эти вулканы, протягивается по центру Атлантического океана, затем огибает Южную Африку, продолжается в Индийском океане, где разделяется на две ветви. Одна направляется на север к Красному морю, другая огибает Австралию- с юга и в Тихом океане идет на север параллельно побережью Южной и Центральной Америки. Предполагается, что вдоль линии подводных хребтов происходит раздвигание дна океана в обе стороны, а снизу, из глубины, поступают все новые и новые порции расплавленной магмы. Поэтому вдоль этих зон растяжения располагается большое число подводных действующих вулканов, а также многие вулканические острова в Тихом и Индийском океанах.
Вершины и склоны срединно-океанических хребтов вложены базальтами. Геологи установили, что по направлению от осевой части хребта базальты становятся все более древними. Например, в Тихоокеанском сре-динно-океаническом хребте возраст базальтов в центральной части еоставляет 300 тыс. лет, а на некотором удалении от хребта базальты и другие вулканические Породы насчитывают уже 3 млн. лет со времени своего образования. Такой возраст, например, имеют вулканические породы острова Пасхи, из которых высечены каменный статуи, упоминаемые норвежским путешественником Туром Хейердалом.
Крупные трещины в земной коре -г- рифты — известны и на материках Земли. Иногда они переходят из океанов на материк. Выше (с. 35) уже упомналось об одной из ветвей срединно-океанического хребта в Индийском океане, которая через Красное море соединяется с так называемым Великим рифтом Африки и Аравии. Последний протягивается от Мертвого моря на юг до озер Виктория и Танганьика в Африке. Эта полоса также является зоной активного вулканизма. В окрестностях озер Киву, Эдуард и Альберт молодой вулканизм захиа-, тил широкие области. Самые активные вулканы районов Нирагонго и Ньямлагира характерны тем, что здесь наливаются базальты с очень низким содержанием оксида кремния (IV) (всего около 40—45%) и богатым содержанием щелочных металлов, особенно калия (до 5—7%). В них содержится много бария (до 1%), стронция (0,4-— I %). рубидия, циркония, лантана, иттрия.

Нирагонго — один из очень хорошо изученных в последнее время вулканов. Это объясняется тем, что после исчезновения лавового озера Халемаумау на Гавайских островах Нирагонго оказался единственным вулканом с постоянно существующим лавовым озером в кратере. Здесь изливаются лавы, содержащие магматический карбонат кальция. В них содержится меньше 20% оксида кремния (IV) и около 35% оксида кальция. Это очень редкое явление, потому что обычно все лавы являются преимущественно силикатными расплавами.
На территории Аравийского полуострова вдоль зоны рифта также отмечается вулканическая деятельность. Действующие вулканы расположены в северной половине восточного побережья Красного моря. Последнее извержение вулкана произошло здесь в 1260 г, неподалеку от мусульманской святыни — Медины.
В нашей стране такой же крупной трещиной в земной коре является известный Байкальский рифт. Он тянется на несколько тысяч километров от монгольского озера Хубсугул, через озеро Байкал и крупные горные цепи на севере Забайкалья, в тех местах, где идет сейчас строительство Байкало-Амурской магистрали. Действующих вулканов вдоль зтой трещины сейчас нет, но совсем недавно (по геологическим понятиям, конечно, каких-нибудь 4—5 млн. лет назад) здесь изливались базальты; которые слагают крупные покровы и отдельные потухшие вулканы центрального типа. Остатки этих вулканов можно видеть и сейчас, стоит лишь подняться на Витимское плоскогорье или хребет Удокан.
Есть еще много других1 мест на Земле, где зарождаются вулканы. Больше всего их расположено на окраинах материков. Недалеко от них па дне океана протягиваются глубоководные желоба. Между этим желобом и континентом находятся многочисленные острова, образующие архипелаги в виде дугообразных цепочек. Геологи называют их островными дугами. Многочисленные действующие вулканы располагаются либо на островах, либо на окраине материка. Они известны на побережьях Америки и Азии. Вероятно, к этому типу относятся также вулканы бассейна Средиземного моря и Антильских островов. У нас в Советском Союзе на окраине Азиатского материка находятся действующие вулканы Курило-Кам-чатской островной дуги, которая тянется от острова Хоккайдо вдоль больших Курильских островов и Юго-Восточной Камчатки. Вблизи берегов Камчатки и Курильских островов расположены многочисленные подводные вулканы.
Если в центральных частях океана вдоль линий сре динно-океанических хребтов происходит растяжение, раздвигание океанического дна с образованием зияющей расселины, то вдоль окраин материков, наоборот, проис ходит сжатие земной поверхности. Поэтому вдоль окра ин континентов часто образуются высокие горы, как бы выдавленные сжатием. Здесь происходит очень много землетрясений, вулканических извержений. Ученые счи тают, что в таких местах морское дно постепенно уходит на глубину Земли, под материк, и там слагающие его горные породы переплавляются. В этих районах вулка нические породы представлены преимущественно анде зитами, т. е. лавами, в которых содержание оксида крем ния (IV) составляет 55—62%. Установлены очень ин тересные закономерности изменения химического соста ва лав. Чем дальше от берега океана находится вулкан, тем больше в его лавах содержится оксида калия. Если в лавах вулканов, располагающихся около глубоковод ного желоба, зтого оксида примерно 0,3—0,4%, то в ла вах вулканов, наиболее удаленных от берега, — 2—3%, Оказалось также, что соответственно увеличивается глу бина эпицентров землетрясений.
Ученые с помощью сложных экспериментов установили, что содержание оксида калия в лавах зависит от давления, при котором образуется магма: чем выше давление, тем больше оксида калия содержится в магме. Так был сделан вывод, что магма, из которой образуются коп-тинентальные базальты, сформирована на большей глубине и при более высоком давлении, чем магма океанических базальтов.
На земной поверхности существуют также вулканы, которые не относятся ни к одной из упомянутых зон. Они располагаются совершенно обособленно и развиваются в течение длительного времени. Это, например, гавайские вулканы в самом центре Тихого океана. Для объяснения появления вулканов в таких местах была предложена очень интересная гипотеза о существовании «горячих точек» в литосфере. Что же это такое? Из курса физики вам должно быть известно о конвекции. Это явление можно наблюдать при нагревании воды на огне: горячие струи поднимаются снизу, а холодные опускаются вниз. Предполагают, что такое тепловое перемешивание происходит и в глубоких частях Земли. Из глубин Земли к ее поверхности идет поток теплоты. Этот тепловой поток невелик в спокойных областях земного шара. А в тех областях, где действуют вулканы, где происходят землетрясения, тепловой поток очень значителен. Поэтому появление «горячих точек» объясняют подъемом горячих струй из глубин, которые постепенно проплавляют твердую земную кору. В результате образуется магма, ведущая к формированию вулканов.
Таким образом, поверхностная активность всех земных вулканов объясняется процессами, происходящими в недрах Земли, и громадная разрушительная сила вулканических извержений является лишь слабым отголоском этих поистине грандиозных процессов. На какой- глубине зарождаются вулканы, точнее, магма, которая при подъеме к поверхности Земли является причиной вулканических извержений?
Наши сведения о глубинах Земли основаны на данных геофизической науки, т. е. физики Земли. Максимальная глубина, достигнутая человеком, составляет всего 10 км. Именно до этой глубины была пробурена сверхглубокая скважина на Кольском полуострове. С зтой глубины можно отобрать образцы горных пород, изучить их минеральный, химический состав. Большие глубины (а до центра Земли они составляют 6370 км) пока недоступны.» человеку для непосредственного наблюдения. Но, используя геофизические методы исследования, ученые получили некоторые данные о глубинном строении Земли, а также о глубине, на которой зарождаются вулканы. Прежде всего это было выяспено сейсмическими методами. Они основаны на том, что в веществах разного химического состава и разного физического состояния с разной скоростью расдространяются упругие сейсмические волны, которые возникают при землетрясениях или специально вызываются с помощью подземных взрывов. Эти волны отражаются от различных неоднородностей, от границ раздела слоев, преломляются в них. Затем такие волны регистрируются специальной аппаратурой. Амплитуда их колебаний очень мала и измеряется микрометрами, поэтому слабый электрический сигнал с сейсмоприемников, этих своеобразных микрофонов для Земли, нужно усилить в сотни тысяч раз. В аппаратуре используются усилительные каналы, электронные блоки синхронизации, отсчета времени, электромеханическая аппаратура записи.
Различают два типа сейсмических волн: продольные в поперечные. Скорость их распространения зависит, помимо других причин, от плотности и вязкости вещества. Регистрируя скорости этих волн и сравнивая полученные результаты с имеющимися экспериментальными данными, определяют плотность и вязкость вещества, слагающего глубины земного шара. Сейсмические методы позволяют различать, в каком состоянии — жидком или твердом — находится вещество.
Возможность применения сейсмических методов для изучения областей зарождения магм под вулканами основана на том, что в жидкостих затухание сейсмических волн значительно больше, чем в твердых телах. Это было подтверждено экспериментально американскими учеными, определившими скорости прохождения волн в цилиндре льда^ в котором находились карманы, ааполнон-ные рассолом хлорида натрия. Позже эти выводы были подтверждены и для расплавов базальтов. Таким способом под вулканами среди твердых горных пород были выявлены линзы веществ, которые по физическим свойствам больше приближались к жидкости. Эти линзы считаются резервуарами расплавленной магмы, или магматическими очагами. Размеры их могут быть значительными: диаметр до 25—35 км и объем до 10—20 тыс. км3. Впервые положение таких очагов на глубинах 50— 75 км определил советский вулканолог Г. С. Горшков для Ключевского вулкана на Камчатке. Несколько таких магматических камер было установлено на Аляске на небольшой глубине. Магматические очаги связаны с поверхностью Земли каналами, по которым к действующим вулканам поднимаются расплавленные лавы и газы.
Главная зона образования магмы под вулканами, по современным данным, находится на глубинах 120— 300 км. На рисунке 11 можно видеть эти зоны под Японией и Перуанско-Чилийской областью Южной Америки. Положение области выплавки магм показано штриховкой, а область эпицентров землетрясений — точками. Какой химический состав может иметь вещество на этой

глубине и в каком состоянии оно находится? Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо кратко осветить основные представления о строении Земли. По данным сейсмологии, наша планета разделяется на три основные зоны: кору, мантию и ядро. Границы их определяются по скачкообразному нарастанию плотности. Земная кора распространяется на глубину в среднем от 6 до 33 км, мантия —от 33 до 2800 км, ядро — 2900—6370 км. Таким образом, вулканические очаги находятся в верхней мантии и в нижней части земной коры. Здесь выделяется слой постоянной мощности с плотностью 2,8 «10-8— 2,9-10~3 кг/м3, что характерно для базальтов. Поэтому этот слой называется базальтовым. Выше его на континентах располагаются менее плотные породы, плотностью 2Г6-10-3—2,7-10-3 кг/м8, что соответствует по физическим свойствам смеси полевых шпатов и кварца. Это ти-, пично для гранитов, поэтому и слой называется гранитным. Граница между гранитным и базальтовым слоями носит название поверхности Конрада, нижняя граница базальтового слоя называется поверхностью Мохоровичи-ча. Границы раздела названы по именам ученых, которые их открыли. Предполагают, что эти границы делят воны разного химического состава.
На границе Мохоровичича, т. е. на границе между мантией и земной корой, снизу вверх резко снижается содержание магния, железа. В верхней мантии обнаруживают большое количество силикатов магния (Mg2Si04, MgSiCb) и железа, а также минералов ильменита (FeTiOs) и шпинели (MgAUCU). Высокая вязкость вещества мантии показывает, что оно находится в твердом состоянии. Но на глубине примерно 350 км под океанами и 100—250 км под островными дугами находится слой пониженной вязкости, который называется волноводом или астеносферным слоем. Для него возможно частично жидкое состояние. Это зона выборочного плавления, потому что под спокойными участками земной коры она отсутствует. Химический состав вещества базальтового слоя по сравнению с веществом мантии характеризуется пониженным содержанием магния и железа, титана и хрома, но более высоким содержанием кальция, бария, появлением заметных количеств калия, натрия и алюминия. Плотность слоя соответствует плотности смеси пироксенов (CaO-MgO-2Si02 и CaO-FeO-2Si02) и плагиоклазов (СаО-АЬОз^ЗЮг). И наконец, гранитный слой по химизму характеризуется высоким содержанием оксидов кремния (IV), алюминия, натрия и калия.
Помимо геофизических источников информации, являющихся косвенными, есть и прямые свидетельства химического состава вещества глубин. Это обломки, вынесенные из глубины вулканами. Эти обломки называют ксенолитами (от греч. «ксенос» — чуждый). Их образование не связано непосредственно с вулканической деятельностью.
Еще одним источником информации о состоянии вещества в недрах Земли являются результаты многочисленных физико-химических экспериментов. Расплавляя различные горные породы при разных температурах и давлениях, ученые изучают их свойства. Используя современные данные об условиях существования горных пород, исследователи делают вывод о том, каким должно быть вещество, находящееся на глубинах нашей планеты. Основным условием, необходимым для успешного проведения эксперимента, является то, что из вещества очень легко должна получаться базальтовая магма. Этот вывод был сделан потому, что базальты являются наиболее характерными вулканическими породами, которые формировались на протяжении всей шестимиллиардной истории Земли. В общем, и современные и древние базальты близки друг к другу по своему химическому составу. Из базальтовой магмы при ее разделении могут быть получены все остальные вулканические породы, существующие на земной поверхности. Поэтому базальтовая магма считается исходной, пли «материнской», по отношению к другим вторичным магмам.
Потенциальным источником базальтовой магмы могут быть такие горные породы, которые имеют близкий к ней химический состав и из которых базальтовая магма может быть получена при полном или частичном расплавлении. Считается, что наиболее вероятным веществом верхней мантии Земли является гранатовый перидотит. Это порода, в которой содержание оксида кремния (IV) не превышает 45—48%. Очень высоко в этой породе содержание оксидов железа (II и III). Оксид алюминия, наоборот, характеризуется низким содержанием — не более 4—5%.
Минеральный .состав гранатового перидотита очень своеобразен. Многие минералы устойчивые на земной поверхности, не могут существовать в условиях чудовищных давлений в верхней мантии, которые достигают 1000—1500 МПа. Поэтому вместо плагиоклаза СаО-А1гОз-28Ю2 появляется гранат ЗСаО\'АЬОз-ЗБЮг, образуется магнезиально-алюминиевый минерал шпинель MgAh04. Другие минералы, такие, как оливин 2MgO-Si02 и 2FeO-Si02, пироксены MgO-Si02 и FeO-2Si02, устойчивы в верхней мантии. Поэтому считается, что минеральный состав вещества верхней мантии определяется ассоциацией: оливин+пироксен+гранат + шпинель.
Экспериментальные исследования по частичному плавлению гранатового перидотита показали, что при определенных температуре и давлении из гранатового перидотита можно выплавить расплав, соответствующий по химическому составу базальтовой магме. Поэтому гранатовый перидотит считается наиболее вероятным веществом, слагающим Землю на глубинах 30—500 км. А именно с этой глубиной и связаны все основные вулканически з процессы на земной поверхности.