Несмотря на широкое понимание вулканов, наша способность предсказывать время, продолжительность, тип, размер и последствия вулканических извержений ограничена, говорится в новом отчете Национальной академии наук, инженерии и медицины. Чтобы улучшить прогнозирование извержений и предупреждения об извержениях для спасения жизней, в отчете определены приоритеты исследований для лучшего мониторинга извержений вулканов и три большие проблемы, стоящие перед сообществом вулканологов.
Мониторинг вулканов имеет решающее значение для прогнозирования извержений и снижения рисков их опасностей. Однако за немногими вулканами ведется надлежащее наблюдение, а за многими вообще не ведется наблюдение. Например, менее половины из 169 потенциально активных вулканов в США имеют какие-либо сейсмометры - инструмент для обнаружения небольших землетрясений, сигнализирующих о подземном движении магмы. И только три имеют непрерывные измерения газа, которые имеют решающее значение, потому что состав и количество растворенных газов в магме вызывают извержения. В отчете говорится, что расширенный мониторинг в сочетании с достижениями в экспериментальных и математических моделях вулканических процессов может улучшить понимание и прогнозирование извержений.
Комитет, проводивший исследование и написавший отчет, также подчеркнул необходимость спутниковых измерений деформации грунта и выбросов газа, наблюдений с помощью дронов, расширенного сейсмического мониторинга и высокоскоростного сбора данных во время извержений в режиме реального времени. Новые подходы к аналитическим возможностям для расшифровки истории магмы, а также концептуальные и экспериментальные модели магматических и вулканических явлений позволят по-новому взглянуть на процессы, объясняющие, как образуется и извергается магма.
«Концептуальные модели вулканических явлений значительно улучшились по сравнению с теми, которые использовались несколько десятилетий назад, но сообщество вулканологов еще недостаточно подготовлено к следующему крупному извержению», - сказал Майкл Манга, профессор кафедрой наук о Земле и планетах Калифорнийского университета в Беркли и председателем комитета. «Существуют фундаментальные проблемы, которые необходимо решать, и для этого требуются постоянные усилия представителей разных дисциплин. Работая над решением этих грандиозных задач, сообщество ученых-вулканологов может помочь количественно оценить глобальные последствия извержений и смягчить опасности, что в конечном итоге принесет пользу миллионам людей, живущих в вулканических районах. активные области."
Комитет наметил несколько ключевых вопросов и приоритетов исследований в таких областях, как процессы, которые перемещают и хранят магму под вулканами; как извержения начинаются, развиваются и заканчиваются; как извергается вулкан; прогнозирование извержений; реакция ландшафтов, океанов и атмосферы на извержения вулканов; и реакция вулканов на изменения на поверхности Земли.
Основываясь на этих исследовательских приоритетах, комитет определил три всеобъемлющие задачи для развития науки о вулканах и мониторинга:
Прогнозирование размера, продолжительности и опасности извержений путем объединения наблюдений с моделями
Текущие прогнозы основаны на распознавании закономерностей в данных мониторинга. Эти подходы имели неоднозначный успех, потому что данные мониторинга не отражают разнообразие вулканов или их эволюцию с течением времени. Подход, основанный на моделях физических и химических процессов, основанных на данных мониторинга, как это делается при прогнозировании погоды, мог бы повысить точность прогнозов извержений. Такой подход требует интеграции данных и методологий из нескольких дисциплин, говорится в отчете.
Количественная оценка жизненных циклов вулканов и преодоление нашего нынешнего предвзятого понимания
Современное понимание жизненного цикла вулкана искажено, потому что изучено лишь небольшое количество вулканов. В отчете говорится, что расширенный мониторинг с земли, моря и космоса может преодолеть некоторые из этих погрешностей наблюдений. Расширение и поддержание возможностей мониторинга и поддержка инфраструктуры для предоставления исторических данных и данных мониторинга имеют решающее значение для углубления понимания вулканических процессов и оценки вулканической опасности. Комитет отметил, что новые технологии, такие как недорогие датчики, дроны и новые микроаналитические геохимические методы, являются многообещающими инструментами для нового понимания вулканической активности.
Создание скоординированного сообщества вулканологов
Каждый год где-то на Земле извергается около 100 вулканов. Комитет заявил, что укрепление междисциплинарных исследований, внутренних и международных партнерств по исследованиям и мониторингу, а также обучающих сетей может помочь исследовательскому сообществу максимизировать научные достижения, полученные в результате изучения извержений по всему миру..
В отчете приводится продолжающееся извержение вулкана Богослов на Аляске в качестве примера, который подчеркивает эти три проблемы. Удаленный, изначально подводный вулкан Алеутской островной дуги, извержение началось в конце декабря 2016 г. и продолжается по состоянию на февраль 2017 г. Всего за месяц вулкан произвел многочисленные взрывы с выбросами шлейфов высотой 20 000-35 000 футов, что представляет значительную опасность для авиации северной части Тихого океана. Обсерватория вулканов Аляски Геологической службы США (AVO) полагалась на удаленные сейсмометры, спутниковые данные, инфразвук и обнаружение молний для мониторинга активности, поскольку на вулкане нет наземных инструментов. Комитет заявил, что AVO смогла обеспечить раннее предупреждение только о некоторых из этих опасных событий. Это извержение также подчеркивает ограниченное понимание извержения магмы. Более чем в 20 отдельных случаях появляющийся вулкан неоднократно менял форму своих береговых линий, создавая моментальные снимки взаимодействия вулкана и ландшафта.