"Приховані бомби" в надрах Землі вибухають без попередження: тепер ми знаємо чому

Про це в журналі Frontiers in Earth Science, пише PHYS.org.

Коли йдеться про прогнозування вивержень вулканів, учені покладаються на типові ознаки, щоб попередити людей, які живуть у зоні ризику. А саме:

• деформація землі;
• землетруси, спричинені заповненням підземних камер магмою і вулканічним газом.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Приховані "гарячі точки" Землі

Водночас деякі вулкани, відомі як "приховані" вулкани, не подають явних ознак виверження. У новому дослідженні команда, що вивчає Веніамінів (Аляска), розробила модель, яка може пояснити та передбачити приховані виверження.

За словами провідного автора дослідження, доктора Юю Лі з Іллінойського університету, попри досягнення в моніторингу, деякі вулкани вивергаються з невеликими або відсутніми виявленими провісниками, що значно збільшує ризик для населення, яке знаходиться поблизу.

Деякі з цих вулканів розташовані поблизу основних повітряних шляхів або близько до населених пунктів: наприклад, Попокатепетль і Коліма в Мексиці, Мерапі в Індонезії, Галерас у Колумбії та Стромболі в Італії. У своїй роботі вчені прагнули пояснити, як це відбувається, шляхом виявлення ключових внутрішніх умов, як-от низький рівень магми й тепла порода, які роблять виверження "прихованими".

Провісники вивержень

Веніамінов — вкритий льодом вулкан в Алеутській дузі Аляски. Науковці ретельно стежать за ним і виявили, що лише 2 з 13 вивержень з 1993 року передувало достатньо ознак, щоб дослідники могли помітити, що щось наближається. Для порівняння, виверження 2021 року було помічено лише через три дні після свого початку.

За словами Лі, Веніамінов — приклад того, як вулкан може здаватися тихим, бувши все ще готовим до виверження. Відомо, що Веніамінов — один із найактивніших вулканів на Алясці. За останні кілька десятиліть вчені зафіксували кілька вивержень середньої сили, які можуть викидати попіл на висоту до 15 км, порушувати повітряний рух і становити регіональну небезпеку для прилеглих спільнот та інфраструктури — часто без будь-яких попереджувальних сигналів.

У новому дослідженні вчені намагалися краще зрозуміти Веніамінова. Для цього вони використовували дані моніторингу за три літні сезони безпосередньо перед прихованим виверженням 2018 року, яке дало тільки неоднозначні попереджувальні знаки безпосередньо перед тим, як воно сталося.

Для цього вчені створили модель поведінки вулкана в різних умовах, здатних змінити вплив магматичного резервуара, що заповнюється, на землю над ним:

• 6 потенційних обсягів магматичного резервуара;
• діапазон швидкостей потоку магми;
• діапазон глибин резервуара;
• три форми резервуара.

Далі вчені порівняли моделі з даними, щоб зрозуміти, які з їхніх моделей найкраще відповідають, і які умови викликають виверження, приховані чи явні.

Вулкани в цифрах

Результати вказують на те, що сильний магматичний потік у камеру збільшує деформацію землі та ймовірність виверження. Якщо магма швидко тече у велику камеру, виверження може не статися, але якщо воно станеться, земля деформується достатньо, щоб попередити вчених насамперед.

Водночас сильний потік магми в маленьку камеру, ймовірно, викличе виверження, але не приховане. Приховані виверження стають імовірними, коли слабкий потік магми потрапляє у відносно невелику камеру. Результати показали, що у Веніамінова невелика магматична камера і слабкий потік магми.

Модель команди також передбачає, що різні умови можуть викликати різні попереджувальні знаки. Магма, що тече у більші, більш плоскі камери, може викликати мінімальні землетруси, в той час, як менші, більш витягнуті камери можуть викликати невелику деформацію землі. Водночас приховані виверження, схоже, відбуваються тільки за наявності всіх умов — правильного потоку магми та правильного розміру, форми та глибини камери.

Однак, коли вчені додали температуру у свою модель, вони виявили, що якщо магма постійно присутня з плином часу, то порода камери, тепло, розмір і форма не мають значення. Якщо порода тепла, вона з меншою ймовірністю зруйнується способами, які спричинять землетруси, які можна виявити, або деформацію землі, коли магма потрапить в осередок, що збільшить ймовірність прихованого виверження.

Прогнозування "прихованих" вивержень

Автори дослідження вважають, що їхня з колегами робота в майбутньому поліпшить прогнозування "прихованих" вивержень, що зі свого боку дасть змогу пом'якшити наслідки несподіваних пробуджень вулканів.

Машинне навчання також показало себе перспективним у виявленні тонких змін у поведінці вулканів, особливо при уловлюванні сигналів землетрусів. Об'єднання цих моделей зі спостереженнями в реальному часі являє собою перспективний напрямок для поліпшення прогнозування виверження вулканів.

Раніше Фокус писав про те, що вчені схвильовані пробудженням стародавнього "гіганта".