Когда вулканы готовятся к извержению, учёные опираются на типичные признаки, чтобы предупредить людей, живущих поблизости: деформация земной поверхности и землетрясения, вызванные заполнением подземных камер магмой и вулканическим газом. Но некоторые вулканы, называемые «скрытыми», не дают очевидных предупреждающих знаков.
Учёные, изучающие Вениаминов на Аляске, разработали модель, которая может объяснить и предсказать скрытые извержения.
«Несмотря на значительные успехи в мониторинге, некоторые вулканы извергаются с едва заметными предшествующими признаками или вообще без них, что значительно увеличивает риск для близлежащего населения», — говорит доктор Юю Ли из Университета Иллинойса, ведущий автор исследования, опубликованного в журнале Frontiers in Earth Science.
Среди таких вулканов — Попокатепетль и Колима в Мексике, Мерапи в Индонезии, Галерас в Колумбии и Стромболи в Италии.
«Наша работа помогает объяснить, как это происходит, путём выявления ключевых внутренних условий — таких как низкий уровень подачи магмы и тёплая вмещающая порода, — которые делают извержения скрытыми», — отмечает Ли.
Вениаминов — пример «тихого» вулкана
Вениаминов — покрытый льдом вулкан в Алеутской дуге на Аляске. За ним ведётся тщательное наблюдение, но только два из его 13 извержений с 1993 года сопровождались достаточными признаками, чтобы предупредить учёных.
«Вениаминов — это пример того, как вулкан может казаться спокойным, но при этом быть готовым к извержению, — говорит Ли. — Это один из самых активных вулканов на Аляске. В последние десятилетия он породил несколько извержений с индексом вулканической активности 3 (VEI 3) — умеренные взрывные события, которые могут поднять пепел на высоту до 15 км, нарушить воздушное сообщение и создать региональные угрозы для близлежащих сообществ и инфраструктуры — часто без явных предупреждающих знаков».
Модель поведения вулкана
Чтобы лучше понять Вениаминов, учёные использовали данные мониторинга за три летних сезона непосредственно перед скрытым извержением 2018 года, которое имело лишь неоднозначные предупреждающие признаки непосредственно перед началом.
Они создали модель поведения вулкана в различных условиях, которые изменяли бы влияние заполняющегося резервуара магмы на поверхность земли:
* шесть потенциальных объёмов магматического резервуара;
* диапазон скоростей потока магмы и глубин резервуара;
* три формы резервуара.
Затем они сравнили модели с данными, чтобы увидеть, какая из них соответствует лучше всего, и какие условия вызывали извержения, скрытые или иные.
Они обнаружили, что высокий поток магмы в камеру увеличивает деформацию земной поверхности и вероятность извержения. Если магма течёт быстро в большую камеру, извержение может не произойти, но если оно всё же произойдёт, земля деформируется достаточно, чтобы предупредить учёных первыми.
Аналогично, высокий поток магмы в маленькую камеру, вероятно, вызовет извержение, но не скрытое. Скрытые извержения становятся вероятными, когда низкий поток магмы поступает в относительно маленькую камеру.
По сравнению с данными наблюдений результаты показывают, что у Вениаминова небольшой магматический очаг и низкий поток магмы.
Модель также предполагает, что различные условия могут вызывать разные предупреждающие знаки. Течение магмы в более крупные и плоские камеры может вызвать минимальные землетрясения, в то время как меньшие и более вытянутые камеры могут вызвать небольшую деформацию земной поверхности. Но скрытые извержения происходят только тогда, когда все условия совпадают — правильный поток магмы и правильный размер, форма и глубина камеры.
Однако, когда учёные добавили в свою модель температуру, они обнаружили, что если магма постоянно присутствует в течение времени, так что порода в камере тёплая, размер и форма имеют меньшее значение. Если порода тёплая, она с меньшей вероятностью разрушится таким образом, чтобы вызвать обнаруживаемые землетрясения или деформацию земной поверхности, когда магма поступает в камеру, что увеличивает вероятность скрытого извержения.
«Чтобы смягчить последствия этих потенциальных неожиданных извержений, нам необходимо интегрировать высокоточные инструменты, такие как скважинные наклономеры и измерители деформации, а также оптоволоконные датчики, а также новые подходы, такие как инфразвуковой мониторинг и мониторинг выбросов газов», — говорит Ли.
На Вениаминове принятие мер по улучшению охвата спутникового мониторинга и добавление наклономеров и измерителей деформации может повысить скорость обнаружения. Тем временем учёные теперь знают, за какими вулканами нужно наблюдать наиболее внимательно: за вулканами с небольшими тёплыми резервуарами и медленным потоком магмы.
«Сочетание этих моделей с наблюдениями в реальном времени представляет собой многообещающее направление для улучшения прогнозирования вулканической активности», — говорит Ли. «В будущем этот подход может обеспечить улучшенный мониторинг для этих скрытых систем, что в конечном итоге приведёт к более эффективным мерам реагирования для защиты близлежащих сообществ».