Прогнозирование вулканической активности или прогнозирование извержений вулканов — это междисциплинарный мониторинг и исследовательская работа по прогнозированию времени и силы извержения вулкана . Особое значение имеет прогноз опасных извержений, которые могут привести к катастрофическим потерям людей, имущества и нарушению деятельности человека.
Модели сейсмичности сложны, и их часто трудно интерпретировать; однако увеличение сейсмической активности является хорошим индикатором увеличения риска извержений, особенно если долгопериодические события становятся доминирующими и появляются эпизоды гармонического тремора.
Используя аналогичный метод, исследователи могут обнаруживать извержения вулканов, отслеживая инфразвук — едва слышимый звук частотой ниже 20 Гц. Глобальная инфразвуковая сеть IMS, первоначально созданная для проверки соблюдения договоров о запрещении ядерных испытаний, насчитывает 60 станций по всему миру, которые работают над обнаружением и определением местонахождения извергающихся вулканов. [1]
Связь между долгопериодическими событиями и неизбежными извержениями вулканов была впервые обнаружена в сейсмических записях извержения Невадо-дель-Руис в 1985 году в Колумбии. Затем возникновение долгопериодических событий было использовано для предсказания извержения горы Редут в 1989 году на Аляске и извержения Галерас в 1993 году в Колумбии. В декабре 2000 года ученые Национального центра по предотвращению катастроф в Мехико предсказали извержение в течение двух дней в Попокатепетле , на окраине Мехико. В их прогнозе использовались исследования, проведенные Бернаром Шуэ , швейцарским вулканологом, работавшим в Геологической службе США и впервые обнаружившим связь между долговременными событиями и неминуемым извержением. [2] [3] [4] Правительство эвакуировало десятки тысяч людей; 48 часов спустя вулкан, как и предполагалось, извергся. Это было крупнейшее извержение Попокатепетля за тысячу лет, но никто не пострадал.
Сходство между толчками айсбергов , которые происходят, когда они садятся на мель, и вулканическими толчками может помочь экспертам разработать лучший метод прогнозирования извержений вулканов . Хотя айсберги имеют гораздо более простую структуру, чем вулканы, с ними физически легче работать. Сходство между вулканическими и айсберговыми толчками включает в себя большую продолжительность и амплитуду , а также общие сдвиги частот . [5]
Когда магма приближается к поверхности и ее давление снижается, газы выходят наружу. Этот процесс очень похож на то, что происходит, когда вы открываете бутылку газированного напитка и выходит углекислый газ. Диоксид серы является одним из основных компонентов вулканических газов, и увеличение его количества предвещает прибытие все большего количества магмы к поверхности. Например, 13 мая 1991 года все большее количество диоксида серы было выброшено с горы Пинатубо на Филиппинах . 28 мая, всего две недели спустя, выбросы диоксида серы увеличились до 5000 тонн, что в десять раз превышает предыдущий показатель. Позже, 12 июня 1991 года, произошло извержение горы Пинатубо. В нескольких случаях, например, перед извержением горы Пинатубо и извержением Галерас в Колумбии в 1993 году , выбросы диоксида серы падали до низкого уровня перед извержениями. Большинство ученых полагают, что такое падение уровня газа вызвано закупоркой газовых ходов затвердевшей магмой. Такое событие приводит к повышению давления в водопроводной системе вулкана и увеличению вероятности взрывного извержения. Система многокомпонентного газоанализатора (Multi-GAS) представляет собой комплект приборов, используемый для измерения шлейфов вулканического газа с высоким разрешением в режиме реального времени. [6] Измерения соотношения CO 2 /SO 2 с помощью нескольких газов могут позволить обнаружить дегазацию поднимающейся магмы перед извержением, улучшая прогнозирование вулканической активности. [6]
Разбухание вулкана сигнализирует о том, что магма скопилась у поверхности. Ученые, наблюдающие за действующим вулканом, часто измеряют наклон склона и отслеживают изменения скорости разбухания. Повышенная скорость набухания, особенно если она сопровождается увеличением выбросов диоксида серы и гармоническими толчками, является признаком высокой вероятности надвигающегося события. Деформация горы Сент-Хеленс перед извержением 18 мая 1980 года была классическим примером деформации, поскольку северная сторона вулкана выпирала вверх, а под ней накапливалась магма. Большинство случаев деформации грунта обычно обнаруживаются только с помощью сложного оборудования, используемого учеными, но таким образом они все равно могут предсказать будущие извержения. Гавайские вулканы демонстрируют значительную деформацию почвы; перед извержением происходит вздутие земли, а после извержения - очевидная дефляция. Это связано с неглубоким магматическим очагом гавайских вулканов; Движение магмы легко заметить на земле выше. [7]
И движение магмы, и изменения выделения газа, и гидротермальная активность могут привести к изменениям теплового излучения на поверхности вулкана. Их можно измерить с помощью нескольких методов:
Существует 4 основных метода, которые можно использовать для прогнозирования извержения вулкана с помощью гидрологии:
Дистанционное зондирование — это обнаружение датчиками спутника электромагнитной энергии, которая поглощается, отражается, излучается или рассеивается от поверхности вулкана или от его извергнутого материала в облаке извержения.
Для мониторинга массовых перемещений и разрушений используются методы сейсмологии (геофоны), деформации и метеорологии. Оползни, камнепады, пирокластические потоки и грязевые потоки (лахары) являются примерами массовых разрушений вулканического материала до, во время и после извержений.
Самым известным вулканическим оползнем , вероятно, был обвал выпуклости, образовавшейся из-за внедрения магмы перед извержением горы Сент-Хеленс в 1980 году. Этот оползень «откупорил» неглубокое магматическое вторжение, вызвав катастрофический обвал и неожиданный боковой взрыв извержения. Камнепады часто происходят в периоды повышенной деформации и могут быть признаком повышенной активности при отсутствии инструментального контроля. Грязевые потоки ( лахары ) представляют собой ремобилизованные гидратированные отложения пепла пирокластических потоков и отложений пеплопадов, движущиеся вниз по склону даже под очень пологими углами с высокой скоростью. Из-за своей высокой плотности они способны перемещать большие объекты, такие как загруженные лесовозы, дома, мосты и валуны. Их отложения обычно образуют второе кольцо вееров обломков вокруг вулканических построек, причем внутренний веер представляет собой отложения первичного пепла. Ниже по течению после отложения своего самого мелкого груза лахары все еще могут представлять опасность наводнений из-за остаточной воды. Отложения Лахара могут высохнуть в течение многих месяцев, прежде чем по ним можно будет ходить. Опасности, связанные с активностью лахаров, могут существовать через несколько лет после крупного взрывного извержения.
Группа американских учёных разработала метод предсказания лахаров . Их метод был разработан путем анализа горных пород на горе Рейнир в Вашингтоне . Система предупреждения зависит от выявления различий между свежими камнями и более старыми. Свежие породы являются плохими проводниками электричества и гидротермически изменяются под воздействием воды и тепла. Следовательно, если они знают возраст камней и, следовательно, их прочность, они могут предсказать пути лахара. [11] На горе Рейнир также была установлена система акустических мониторов потока (AFM) для анализа землетрясений, которые могут привести к лахару , и обеспечения более раннего предупреждения. [12]
Извержение горы Ньирагонго 17 января 2002 года было предсказано неделей ранее местным экспертом, который много лет изучал вулканы. Он проинформировал местные власти, и в этот район была отправлена исследовательская группа ООН ; однако он был признан безопасным. К сожалению, когда извержение вулкана привело к разрушению 40% города Гома , а также средств к существованию многих людей. Эксперт утверждал, что заметил небольшие изменения в местном рельефе и два года назад наблюдал за извержением гораздо меньшего вулкана. Поскольку он знал, что эти два вулкана соединены небольшой трещиной, он знал, что гора Ньирагонго скоро извергнется. [13]
Британские геологи разработали метод прогнозирования будущих извержений Этны . Они обнаружили, что между событиями существует временной интервал в 25 лет. Мониторинг событий в глубинной коре может помочь точно предсказать, что произойдет в ближайшие годы. На данный момент они предсказали, что между 2007 и 2015 годами вулканическая активность будет вдвое меньше , чем в 1972 году . Эти соотношения будут указывать на предэруптивную дегазацию магматических очагов. Группа исследователей использовала для этого исследования гору Этна, наблюдая за такими газами, как H 2 O, CO 2 и SO 2 . Команда провела мониторинг вулкана Этна в режиме реального времени до его извержений в июле и декабре 2006 года. Эти соотношения CO 2 /SO 2 полезны тем, что увеличение этих соотношений является предшественником предстоящих извержений из-за ускорения газовых выбросов. богатая магма и пополняет магматический очаг. За два года наблюдений, проведенных командой, увеличение этих соотношений является предвестником предстоящих извержений. Было зафиксировано, что за несколько месяцев до извержения это соотношение увеличилось и привело к извержению после того, как оно достигло своего пика. Был сделан вывод, что измерение H 2 O, CO 2 и SO 2 может быть полезным методом прогнозирования вулканической активности, особенно на горе Этна. [15] Прогноз вулканической активности вулкана Этна также можно использовать с 4D-анализом микрогравитации. В этом типе анализа используются GPS и радиолокационная интерферометрия с синтезированной апертурой (InSAR). Он может измерить изменения плотности, а затем получить модель, показывающую движения магмы и пространственные масштабы, происходящие внутри вулканической системы. Еще в 2001 году гравитационные модели обнаружили уменьшение массы Этны на 2,5×10 11 кг. В конце концов, за две недели до извержения произошло внезапное увеличение массы. Вулкан компенсировал это уменьшение количества магмы, извлекая больше магмы из зоны хранения и поднимая ее на верхние уровни водопроводной системы. Из-за этого извлечения это привело к извержению. Исследования микрогравитации, проведенные этой командой, показывают миграцию магмы и газа внутри магматического очага до любого извержения, что может быть полезным методом для любого прогнозирования вулканической активности. [16]
Сакурадзима, возможно, является одним из самых контролируемых районов на земле. Вулкан Сакурадзима расположен недалеко от города Кагосима , население которого составляет более 500 000 человек. За деятельностью вулкана следят Японское метеорологическое агентство (JMA) и Вулканологическая обсерватория Сакурадзима (SVO) Киотского университета . С 1995 года Сакурадзима извергался только со своей вершины без выброса лавы.
Методы мониторинга в Сакурадзиме:
В Институте геофизики Национальной политехнической школы в Кито находится международная группа сейсмологов и вулканологов [17] , в обязанности которых входит мониторинг многочисленных действующих вулканов Эквадора в Андах Эквадора и на Галапагосских островах . Эквадор расположен в « Огненном кольце» , где происходит около 90% [18] землетрясений мира и 81% [19] крупнейших землетрясений в мире. Геологи изучают изверженную активность вулканов в стране, особенно Тунгурауа , чья вулканическая активность возобновилась 19 августа 1999 года, [20] и несколько крупных извержений с этого периода, последнее из которых началось 1 февраля 2014 года. [ 21]
Помимо прогнозирования вулканической активности, существуют весьма спекулятивные предложения по предотвращению взрывной вулканической активности путем охлаждения магматических камер с использованием методов производства геотермальной энергии . [22]
