"Скрытые бомбы" в недрах Земли взрываются без предупреждения: теперь мы знаем почему

Об этом в журнале Frontiers in Earth Science, пишет PHYS.org.

Когда речь идет о прогнозировании извержений вулканов, ученые полагаются на типичные признаки, чтобы предупредить людей, живущих в зоне риска. А именно:

• деформация земли;
• землетрясения, вызванные заполнением подземных камер магмой и вулканическим газом.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Скрытые "горячие точки" Земли

В то же время некоторые вулканы, известные как "скрытые" вулканы, не подают явных признаков извержения. В новом исследовании команда, изучающая Вениаминов (Аляска), разработала модель, которая может объяснить и предсказать скрытые извержения.

По словам ведущего автора исследования, доктора Юю Ли из Иллинойсского университета, несмотря на достижения в мониторинге, некоторые вулканы извергаются с небольшими или отсутствующими обнаруживаемыми предвестниками, что значительно увеличивает риск для близлежащего населения.

Некоторые из этих вулканов расположены вблизи основных воздушных путей или близко к населенным пунктам: например, Попокатепетль и Колима в Мексике, Мерапи в Индонезии, Галерас в Колумбии и Стромболи в Италии. В своей работе ученые стремились объяснить, как это происходит, путем выявления ключевых внутренних условий, таких как низкий уровень магмы и теплая вмещающая порода, которые делают извержения "скрытыми".

Предвестники извержений

Вениаминов — покрытый льдом вулкан в Алеутской дуге Аляски. Ученые тщательно следят за ним и обнаружили, что лишь 2 из 13 извержений с 1993 года предшествовало достаточно признаков, чтобы исследователи могли заметить, что что-то приближается. Для сравнения, извержение 2021 было замечено лишь через три дня после своего начала.

По словам Ли, Вениаминов — пример того, как вулкан может казаться тихим, будучи все еще готовым к извержению. Известно, что Вениаминов — один из самых активных вулканов на Аляске. За последние несколько десятилетий ученые зафиксировали несколько извержений средней силы, которые могут выбрасывать пепел на высоту до 15 км, нарушать воздушное движение и представлять региональную опасность для близлежащих сообществ и инфраструктуры — часто без каких-либо предупреждающих сигналов.

В новом исследовании ученые пытались лучше понять Вениаминова. Для этого они использовали данные мониторинга за три летних сезона непосредственно перед скрытым извержением 2018 года, которое дало только неоднозначные предупреждающие знаки непосредственно перед тем, как оно произошло.

Для этого ученые создали модель поведения вулкана в различных условиях, способных изменить воздействие заполняющегося магматического резервуара на землю над ним:

• 6 потенциальных объемов магматического резервуара;
• диапазон скоростей потока магмы;
• диапазон глубин резервуара;
• три формы резервуара.

Далее ученые сравнили модели с данными, чтобы понять, какие из их лучше всего соответствует, и какие условия вызывают извержения, скрытые или явные.

Вулканы в цифрах

Результаты указывают на то, что сильный магматический поток в камеру увеличивает деформацию земли и вероятность извержения. Если магма быстро течет в большую камеру, извержение может не произойти, но если оно произойдет, земля деформируется достаточно, чтобы предупредить ученых в первую очередь.

В то же время сильный поток магмы в маленькую камеры, вероятно, вызовет извержение, но не скрытое. Скрытые извержения становятся вероятными, когда слабый поток магмы попадает в относительно небольшую камеру. Результаты показали, что у Вениаминова небольшая магматическая камера и слабый поток магмы.

Модель команды также предполагает, что разные условия могут вызывать разные предупреждающие знаки. Магма, текущая в более крупные, более плоские камеры, может вызывать минимальные землетрясения, в то время как меньшие, более вытянутые камеры могут вызывать небольшую деформацию земли. В то же время скрытые извержения, похоже, происходят только при наличии всех условий — правильного потока магмы и правильного размера, формы и глубины камеры.

Однако, когда ученые добавили температуру в свою модель, они обнаружили, что если магма постоянно присутствует с течением времени, то порода камеры, тепло, размер и форма не имеют значения. Если порода теплая, она с меньшей вероятностью разрушится способами, которые вызовут обнаруживаемые землетрясения или деформацию земли, когда магма попадет в очаг, что увеличит вероятность скрытого извержения.

Прогнозирование "скрытых" извержений

Авторы исследования считают, что их с коллегами работы в будущем улучшит прогнозирование "скрытых" извержений, что в свою очередь позволит смягчить последствия неожиданных пробуждений вулканов.

Машинное обучение также показало себя многообещающим в обнаружении тонких изменений в поведении вулканов, особенно при улавливании сигналов землетрясений. Объединение этих моделей с наблюдениями в реальном времени представляет собой многообещающее направление для улучшения прогнозирования извержения вулканов.