- 26,724
- 46
- 8 Ноя 2022
Вулканологи строят первую обсерваторию внутри магмы. Поможет ли это спасать жизни?
Извержение Пинатубо в 1991 году до сих пор считают одним из самых важных уроков для вулканологов. Вулкан на Филиппинах начал активизироваться весной, 12 июня перешёл к извержению, а через 3 дня взорвался с огромной силой. По склонам пошли пирокластические потоки: раскалённые смеси газа, пепла и обломков породы. Вершина исчезла, на её месте осталась кальдера шириной около 2,5 километра.
Погибли более 800 человек. Многие стали жертвами не лавы и не пепловых туч, а обрушившихся крыш: пепел намок под дождём, резко потяжелел и продавил здания. Масштаб мог быть намного страшнее. Рядом жили около 250 тысяч человек, включая жителей нескольких городов и людей на крупной базе ВВС США. Учёные успели поставить приборы, быстро изучили прошлые извержения и пришли к тревожному выводу: Пинатубо редко извергается слабо. После этого власти начали эвакуацию.
Прогноз спас множество людей, но точным его назвать нельзя. Специалисты видели, что вулкан входит в опасную фазу, однако не могли назвать день взрыва, силу извержения и дальнейший ход событий. Вулканологи работали с признаками надвигающейся катастрофы, а не с моделью, которая выдаёт вероятность на конкретную дату, как в метеопрогнозе.
С тех пор техника ушла далеко вперёд. Сейсмометры улавливают, как трескается порода при движении магмы. Спутники и наземные датчики измеряют деформацию поверхности. Газовые станции фиксируют выбросы, которые появляются, когда магма поднимается ближе к поверхности и теряет давление. Алгоритмы обучения помогают быстрее разбирать массивы данных и искать слабые сигналы среди шума.
Но вулканы остаются намного менее удобной системой, чем атмосфера. Погоду можно измерять постоянно: ветер, температуру, давление, влажность, облака и океанические процессы наблюдают каждый день. Магма скрыта под километрами пород. Многие активные вулканы извергаются раз в десятилетия, а иногда раз в столетия. Повторов мало, данных мало, а каждый новый эпизод способен отличаться от предыдущего.
У каждого вулкана своя внутренняя геометрия. Подземные каналы, состав магмы, количество газа, глубина магматического резервуара, прочность пород и движение тектонических плит меняются от места к месту. Один вулкан спокойно выдавливает лаву, другой быстро переходит к взрыву, третий долго молчит и почти не показывает понятных предупреждений.
Поэтому у большинства хорошо наблюдаемых вулканов сегодня работает не точный прогноз, а система предупреждений. Специалисты сообщают о росте опасности, когда учащаются землетрясения, меняется форма склонов или состав газов. Только вот примерно половина эпизодов сильного вулканического "беспокойства" так и не заканчивается выбросом магмы.
Бывают и особенно сложные случаи. Под поверхностью могут скапливаться карманы перегретой воды под давлением. Когда такой карман разрывается, происходит паровой взрыв. Он часто не даёт явных сигналов заранее, а затем может вскрыть путь магме. Для людей, находящихся или даже постоянно живущих рядом с вулканом, подобные события опасны именно внезапностью.
Точные предупреждения пока удаются только на отдельных вулканах. На Стромболи и Этне в Италии, где активность повторяется часто, специалисты иногда видят приближение выброса за несколько часов. На гавайском Килауэа и вулканах исландского полуострова Рейкьянес приборы позволяют отслеживать подземное движение магмы почти в реальном времени и довольно точно определить место выхода лавы. Но подобные случаи редки. Обычно даже хорошая сеть датчиков даёт слишком мало времени для спокойной эвакуации.
Самая трудная часть скрыта в глубине. Вулканологи умеют читать внешние симптомы, но пока не знают всех физических условий, при которых магматический резервуар теряет устойчивость. Нужно понять, какая смесь температуры, давления, газа, кристаллов и трещин запускает быстрый подъём магмы. Нужно объяснить, почему один эпизод заканчивается медленным вытеканием лавы, а другой выбрасывает в небо пепел, камни и раскалённый газ.
Некоторые уравнения уже помогают, но в основном после начала извержения. Модели показывают, куда могут пойти лавовые и пирокластические потоки, как далеко они продвинутся и как быстро остынут. Для движения горячих масс применяют уравнения гидродинамики, для охлаждения вещества – тепловые расчёты. Эти инструменты важны для спасения людей, но они отвечают на вопрос, что произойдёт после старта. Главный вопрос остаётся прежним: когда именно начнётся извержение?
Новые проекты пытаются заглянуть в скрытую часть процесса. Учёные ставят плотные сети сейсмометров , используют волоконно-оптические кабели как датчики и обучают алгоритмы распознавать едва заметные изменения в сейсмическом фоне. Такие методы уже помогают находить под вулканами ранее невидимые каналы и следить, как расплавленная порода прокладывает путь через земную кору.
Один из важных районов для таких исследований – Восточные Карибы. Местные вулканы извергаются сравнительно часто и могут резко менять поведение. Сначала они выдавливают вязкую лаву, а затем переходят к взрывам и пирокластическим потокам. Ла-Суфриер на острове Сент-Винсент недавно дал такой пример: в конце 2020 года вулкан начал медленно выталкивать лаву, а через несколько месяцев перешёл к серии взрывов.
Одной сейсмологии недостаточно. Геохимия помогает понять, что происходило в магматической системе до извержения. Учёные собирают свежую и древнюю лаву, пепел и газы, сравнивают состав образцов и ищут изменения, которые могут указывать на приближение опасной фазы. Численные модели уже описывают часть процессов, но многие расчёты всё ещё требуют проверки на реальных данных.
Лабораторные эксперименты постепенно закрывают этот пробел. Исследователи учатся воспроизводить экстремальные условия с расплавленными породами и газами, чтобы проверять модели не только на компьютере. Ещё более смелая задача – прямое наблюдение магмы на глубине. В Исландии готовят Krafla Magma Testbed , первую обсерваторию, которая должна добраться до магмы и изучать процессы на месте, а не только по следам на поверхности.
Для прогнозов уровня погоды вулканологии нужна огромная база наблюдений. Разные вулканы придётся десятилетиями покрывать датчиками и отслеживать через несколько циклов активности. Сейчас таким уровнем наблюдений оснащены лишь отдельные объекты. Даже многие опасные вулканы США, включая каскадные вулканы на северо-западе страны, имеют ограниченную сеть приборов.
Если данных накопится достаточно, учёные смогут искать общие физические правила. В идеале появится базовая модель вулкана, которую можно будет настраивать под конкретный объект. В неё загрузят текущие землетрясения, деформацию поверхности, состав магмы и газов, а программа рассчитает вероятный срок извержения, тип события и примерную длительность.
Часть вулканов всё равно будет плохо поддаваться прогнозам. Объекты, которые молчат столетиями, дают слишком мало материала для обучения моделей. Системы, способные перейти от покоя к взрыву за несколько часов, тоже останутся трудной задачей. Но часто активные вулканы могут стать для нас гораздо более предсказуемыми и контролируемыми, если рядом с ними будет больше датчиков, а у учёных появятся большие базы наблюдений.
Метеорология тоже не сразу научилась прогнозировать будущее атмосферы. Для нынешних прогнозов понадобились уравнения, глобальные наблюдения, спутники, мощные компьютеры и десятилетия практики. Вулканологии нужен похожий рывок: плотные сети приборов, больше химических данных, наблюдения за реальными извержениями и более точная физика магмы. Тогда жизнь на нашей планете станет хотя бы чуточку безопаснее. А это нужно нам всем в такое непростое время, не так ли?
Извержение Пинатубо в 1991 году до сих пор считают одним из самых важных уроков для вулканологов. Вулкан на Филиппинах начал активизироваться весной, 12 июня перешёл к извержению, а через 3 дня взорвался с огромной силой. По склонам пошли пирокластические потоки: раскалённые смеси газа, пепла и обломков породы. Вершина исчезла, на её месте осталась кальдера шириной около 2,5 километра.
Погибли более 800 человек. Многие стали жертвами не лавы и не пепловых туч, а обрушившихся крыш: пепел намок под дождём, резко потяжелел и продавил здания. Масштаб мог быть намного страшнее. Рядом жили около 250 тысяч человек, включая жителей нескольких городов и людей на крупной базе ВВС США. Учёные успели поставить приборы, быстро изучили прошлые извержения и пришли к тревожному выводу: Пинатубо редко извергается слабо. После этого власти начали эвакуацию.
Прогноз спас множество людей, но точным его назвать нельзя. Специалисты видели, что вулкан входит в опасную фазу, однако не могли назвать день взрыва, силу извержения и дальнейший ход событий. Вулканологи работали с признаками надвигающейся катастрофы, а не с моделью, которая выдаёт вероятность на конкретную дату, как в метеопрогнозе.
С тех пор техника ушла далеко вперёд. Сейсмометры улавливают, как трескается порода при движении магмы. Спутники и наземные датчики измеряют деформацию поверхности. Газовые станции фиксируют выбросы, которые появляются, когда магма поднимается ближе к поверхности и теряет давление. Алгоритмы обучения помогают быстрее разбирать массивы данных и искать слабые сигналы среди шума.
Но вулканы остаются намного менее удобной системой, чем атмосфера. Погоду можно измерять постоянно: ветер, температуру, давление, влажность, облака и океанические процессы наблюдают каждый день. Магма скрыта под километрами пород. Многие активные вулканы извергаются раз в десятилетия, а иногда раз в столетия. Повторов мало, данных мало, а каждый новый эпизод способен отличаться от предыдущего.
У каждого вулкана своя внутренняя геометрия. Подземные каналы, состав магмы, количество газа, глубина магматического резервуара, прочность пород и движение тектонических плит меняются от места к месту. Один вулкан спокойно выдавливает лаву, другой быстро переходит к взрыву, третий долго молчит и почти не показывает понятных предупреждений.
Поэтому у большинства хорошо наблюдаемых вулканов сегодня работает не точный прогноз, а система предупреждений. Специалисты сообщают о росте опасности, когда учащаются землетрясения, меняется форма склонов или состав газов. Только вот примерно половина эпизодов сильного вулканического "беспокойства" так и не заканчивается выбросом магмы.
Бывают и особенно сложные случаи. Под поверхностью могут скапливаться карманы перегретой воды под давлением. Когда такой карман разрывается, происходит паровой взрыв. Он часто не даёт явных сигналов заранее, а затем может вскрыть путь магме. Для людей, находящихся или даже постоянно живущих рядом с вулканом, подобные события опасны именно внезапностью.
Точные предупреждения пока удаются только на отдельных вулканах. На Стромболи и Этне в Италии, где активность повторяется часто, специалисты иногда видят приближение выброса за несколько часов. На гавайском Килауэа и вулканах исландского полуострова Рейкьянес приборы позволяют отслеживать подземное движение магмы почти в реальном времени и довольно точно определить место выхода лавы. Но подобные случаи редки. Обычно даже хорошая сеть датчиков даёт слишком мало времени для спокойной эвакуации.
Самая трудная часть скрыта в глубине. Вулканологи умеют читать внешние симптомы, но пока не знают всех физических условий, при которых магматический резервуар теряет устойчивость. Нужно понять, какая смесь температуры, давления, газа, кристаллов и трещин запускает быстрый подъём магмы. Нужно объяснить, почему один эпизод заканчивается медленным вытеканием лавы, а другой выбрасывает в небо пепел, камни и раскалённый газ.
Некоторые уравнения уже помогают, но в основном после начала извержения. Модели показывают, куда могут пойти лавовые и пирокластические потоки, как далеко они продвинутся и как быстро остынут. Для движения горячих масс применяют уравнения гидродинамики, для охлаждения вещества – тепловые расчёты. Эти инструменты важны для спасения людей, но они отвечают на вопрос, что произойдёт после старта. Главный вопрос остаётся прежним: когда именно начнётся извержение?
Новые проекты пытаются заглянуть в скрытую часть процесса. Учёные ставят плотные сети сейсмометров , используют волоконно-оптические кабели как датчики и обучают алгоритмы распознавать едва заметные изменения в сейсмическом фоне. Такие методы уже помогают находить под вулканами ранее невидимые каналы и следить, как расплавленная порода прокладывает путь через земную кору.
Один из важных районов для таких исследований – Восточные Карибы. Местные вулканы извергаются сравнительно часто и могут резко менять поведение. Сначала они выдавливают вязкую лаву, а затем переходят к взрывам и пирокластическим потокам. Ла-Суфриер на острове Сент-Винсент недавно дал такой пример: в конце 2020 года вулкан начал медленно выталкивать лаву, а через несколько месяцев перешёл к серии взрывов.
Одной сейсмологии недостаточно. Геохимия помогает понять, что происходило в магматической системе до извержения. Учёные собирают свежую и древнюю лаву, пепел и газы, сравнивают состав образцов и ищут изменения, которые могут указывать на приближение опасной фазы. Численные модели уже описывают часть процессов, но многие расчёты всё ещё требуют проверки на реальных данных.
Лабораторные эксперименты постепенно закрывают этот пробел. Исследователи учатся воспроизводить экстремальные условия с расплавленными породами и газами, чтобы проверять модели не только на компьютере. Ещё более смелая задача – прямое наблюдение магмы на глубине. В Исландии готовят Krafla Magma Testbed , первую обсерваторию, которая должна добраться до магмы и изучать процессы на месте, а не только по следам на поверхности.
Для прогнозов уровня погоды вулканологии нужна огромная база наблюдений. Разные вулканы придётся десятилетиями покрывать датчиками и отслеживать через несколько циклов активности. Сейчас таким уровнем наблюдений оснащены лишь отдельные объекты. Даже многие опасные вулканы США, включая каскадные вулканы на северо-западе страны, имеют ограниченную сеть приборов.
Если данных накопится достаточно, учёные смогут искать общие физические правила. В идеале появится базовая модель вулкана, которую можно будет настраивать под конкретный объект. В неё загрузят текущие землетрясения, деформацию поверхности, состав магмы и газов, а программа рассчитает вероятный срок извержения, тип события и примерную длительность.
Часть вулканов всё равно будет плохо поддаваться прогнозам. Объекты, которые молчат столетиями, дают слишком мало материала для обучения моделей. Системы, способные перейти от покоя к взрыву за несколько часов, тоже останутся трудной задачей. Но часто активные вулканы могут стать для нас гораздо более предсказуемыми и контролируемыми, если рядом с ними будет больше датчиков, а у учёных появятся большие базы наблюдений.
Метеорология тоже не сразу научилась прогнозировать будущее атмосферы. Для нынешних прогнозов понадобились уравнения, глобальные наблюдения, спутники, мощные компьютеры и десятилетия практики. Вулканологии нужен похожий рывок: плотные сети приборов, больше химических данных, наблюдения за реальными извержениями и более точная физика магмы. Тогда жизнь на нашей планете станет хотя бы чуточку безопаснее. А это нужно нам всем в такое непростое время, не так ли?
- Источник новости
- www.securitylab.ru
