Вчені вважають, що рослини і дерева здатні передбачати виверження вулканів

Вулкани мають неймовірну силу, але, подібно до рослин та їхніх кореневих систем, більшість вулканічної активності, яка відбувається до виверження, відбувається під поверхнею. Традиційні інструменти моніторингу зосереджені на вимірюванні сейсмічної активності та зборі проб газу, але ці методи можуть пропустити ледь помітні попереджувальні знаки, приховані в нерівних ландшафтах. Дослідники шукали додаткові способи виявлення ознак заворушень до початку вивержень, особливо для вулканів, розташованих далеко від населених пунктів. Зараз вони звертаються до рослинного світу в пошуках підказок і ознак того, що вулкан близький до виверження.

Вуглекислий газ, рослини та вулкани

Вулканічні гази, такі як вуглекислий газ, часто вивільняються, коли магма штовхає вгору. Виявлення їх може бути непростим, оскільки ті самі гази також з’являються в повсякденному житті. Деякі віддалені вулкани не мають постійних датчиків або легкого доступу, що змушує вчених тестувати креативні підходи, які можуть виявити невеликі зміни задовго до того, як їх помітять інші прилади. Одним із проектів керував Роберт Богу з Університету Макгілла в Монреалі, Канада, який разом із колегами працював над вимірюванням закономірностей здоров’я рослинності поблизу гідротермальних зон Єллоустонської кальдери. Результати показують, як рослини реагують на зміни в землі під ними, що може вказувати на зростання магми та підвищений ризик вулканічної активності або неминучого виверження вулкана.

Рослини і вулкани як союзники

Рослини пристосовуються до того, як вони ростуть, коли їх оточення змінюється. Це коригування включає зміни у фотосинтезі та структурі листя. Зміни вуглекислого газу, сірки та температури ґрунту можуть впливати на те, як процвітають дерева, і ці фактори часто виникають у вулканічних умовах. Вчені вважають, що такі сигнали можуть з’являтися в рослинних тканинах за місяці чи роки до того, як відбудуться важливі події. У польових умовах може бути важко побачити невеликі зміни в рослинності лише на око. Ліси величезні, і погода може змінювати ріст не пов’язано з вулканами. Тому супутникова знімання стала популярною. Він може сканувати великі території та виявляти тонкі натяки на стрес або незвичайне озеленення, яке може не виділятися на землі.

Заглядаючи під навіс

Одним із корисних методів є нормалізований індекс різниці рослинності (NDVI). Цей розрахунок фіксує, наскільки активно рослини фотосинтезують, вимірюючи рівень хлорофілу. Оцінки варіюються від від’ємних чисел до 1, причому більші числа вказують на здорове листя. Порівнюючи ці значення в різних місцях з часом, дослідники можуть побачити, чи існують тенденції, які можуть бути пов’язані зі змінами в підповерхневому середовищі. Дослідження у вулканічних регіонах свідчать про те, що невеликі викиди вуглекислого газу та нагрітих рідин можуть спочатку удобрювати місцеві рослини. Але вищі концентрації шкідливих газів або дуже гарячий ґрунт можуть викликати стрес і навіть вбити їх. Відстеження цих злетів і падінь протягом багатьох років може відкрити історію підземних змін, які розгортаються поступово.

Тернове озеро як полігон

У штаті Вайомінг термальна зона Терн-Лейк розташована в кальдері Йеллоустоун. З 1984 по 2022 рік архівні зображення Landsat показали, що стан дерев у цій гідротермальній зоні покращився протягом приблизно 16 років. Вчені вважають, що початкова користь могла бути отримана завдяки надходженню додаткових поживних речовин у ґрунт. Потім, приблизно на початку 2000-х років, супутниковий запис зафіксував зміну, коли здоров’я дерев погіршилося, а багато сосен, що живуть на дереві, гинули поблизу центру активності. Дані інфрачервоного випромінювання показали, що температура ґрунту в деяких частинах ділянки перевищувала 122°F, а отруйні гази та кислотні рідини руйнували рослинні тканини. З часом зона стресу поширилася назовні, і оголена ділянка мертвих дерев стала помітнішою. Ця постійна зміна підтвердила, що глибший процес нагрівав землю та змінював хімію, від якої залежать рослини.

Ознаки рослин про те, що вулкан прокидається

Дослідницька група пов’язала ці відкриття зі шляхами руху гідротермальних рідин до поверхні. У деяких районах накопичення корисних копалин могло засмітити старі маршрути, змусивши відкрити нові канали. Дані землетрусів підтвердили цю інтерпретацію. Невеликі поштовхи можуть вказувати на те, що магма або гарячі рідини шукають різні шляхи відходу. У сукупності ці події вказують на активність, яка могла початися задовго до того, як були зафіксовані опитування на місцях.

Спостереження також показують, що це розширення досягло межі. Деякі нещодавні польові перевірки виявили ознаки появи нових саджанців на колись безплідній місцевості. Це може означати, що місцева система заспокоюється, принаймні на цей час. Зміни в рослинності та рослинному житті можуть служити нагадуванням про те, що вулкани та їхні процеси не завжди є лінійними. Умови можуть змінюватися, коли гази та рідини приходять і відходять.

Що все це означає?

Ці відкриття показують, як ліси можуть служити очима таємного світу. Дослідники часто покладалися на теплові камери та детектори газу для оцінки вулканічної небезпеки, але ці інструменти мають обмеження. У деяких місцях немає простого способу встановити або підтримувати їх. Сувора погода, щільні навіси та нерівні схили можуть перешкоджати збору надійних даних. Супутникові зображення забезпечують широке покриття без необхідності постійного перебування в складних місцях. Моніторинг на основі рослинності не є окремим методом, але він може дати цінні підказки для науковців. Якщо дані демонструють незвичні закономірності позеленіння або відмирання, команди можуть запланувати більш ретельний огляд або розгорнути інструменти перед будь-якою великою подією.

Вулкани, рослини та безпечніше майбутнє

Кожен вулкан унікальний. Деякі оточені густими лісами, а інші розташовані в пустелях або на високих висотах. Там, де умови сприяють достатньому життєдіяльності рослин, вчені можуть спробувати індекси рослинності, щоб знайти зміни, які можуть сигналізувати про формування магми. В інших регіонах ця стратегія може бути менш корисною або збентежена посухою, лісовими пожежами або іншими видами, які реагують несподівано.

Сподіваємося поєднати ці спостереження рослин з іншими сигналами. Незначні землетруси, здуття ґрунту та зміни в складі газу – усе це допомагає створити чіткішу картину того, що лежить під поверхнею. Вчені продовжують удосконалювати ці підходи. Збираючи більше інформації, вони можуть зрозуміти, як зосередити ресурси на вулканах, які становлять найбільшу небезпеку.

Історія на озері Терн показує, що ліси можуть діяти як система раннього попередження, виявляючи зміни, які можуть означати більшу ймовірність виверження. Вивчаючи ці закономірності, експерти можуть колись видавати сповіщення раніше, ніж будь-коли раніше. Повний текст дослідження опубліковано в журналі Geochemistry, Geophysics, Geosystems.