Растрескивание, вздутие и сотрясение от извержения вулкана высотой в милю, где две тектонические плиты расходятся, были запечатлены более подробно, чем когда-либо прежде. Исследование Вашингтонского университета, опубликованное на этой неделе, показывает, как вел себя вулкан во время извержения весной 2015 года, раскрывая новые подсказки о поведении вулканов, когда две океанские плиты расходятся.
«Новая сеть позволила нам увидеть в невероятных деталях, где находятся разломы и какие из них были активны во время извержения», - сказал ведущий автор Уильям Уилкок, профессор океанографии Университета Вашингтона. Новая статья в журнале Science является одним из трех исследований, опубликованных вместе, в которых представлен первый формальный анализ сейсмических колебаний, движений морского дна и горных пород, образовавшихся во время извержения в апреле 2015 года у побережья Орегона. «У нас есть новое понимание поведения динамики кальдеры, которое можно применить к другим вулканам по всему миру».
Исследования основаны на данных, собранных Cabled Array, проектом, финансируемым Национальным научным фондом, который обеспечивает электричество и интернет на морском дне. Обсерватория, завершенная всего за несколько месяцев до извержения, предоставляет новые инструменты для изучения одного из полигонов для изучения вулканизма Земли.
«У осевого вулкана было по крайней мере три извержения, о которых мы знаем, за последние 20 лет», - сказал Рик Мюррей, директор отдела океанических наук Национального научного фонда, который также финансировал исследование. «Приборы, используемые учеными инициативы Ocean Observatories Initiative, дают нам новые возможности для понимания внутренней работы этого вулкана и механизмов, вызывающих вулканические извержения во многих средах.
«Эта информация поможет нам прогнозировать поведение действующих вулканов по всему миру», - сказал Мюррей.
Это малоизвестный факт, что большая часть вулканизма на Земле происходит под водой. Осевой вулкан поднимается на 0,7 мили от морского дна примерно в 300 милях от северо-западного побережья Тихого океана, а его вершина находится примерно на 0,85 мили ниже поверхности океана. Как и на суше, мы узнаем об океанских вулканах, изучая вибрации, чтобы увидеть, что происходит глубоко внутри, когда плиты расходятся и магма устремляется вверх, образуя новую кору.
Местоположение подводной лодки имеет некоторые преимущества. Типичная океанская кора имеет толщину всего 4 мили (6 км), что примерно в пять раз тоньше коры, которая находится под наземными вулканами. Магматический очаг залегает не так глубоко, а твердые породы океанской коры дают более четкие сейсмические изображения.
«Одно из преимуществ, которые мы имеем с вулканами на морском дне, заключается в том, что мы действительно очень хорошо знаем, где находится магматическая камера», - сказал Уилкок..
"Проблема в океанах всегда заключалась в том, чтобы получить хорошие наблюдения за самим извержением."
Все изменилось после установки Cabled Array и включения инструментов. Анализ вибраций, предшествовавших и во время события, показывает увеличение числа небольших землетрясений, до тысяч в день, в предыдущие месяцы. Колебания также показывают сильное воздействие приливов: во время отливов землетрясений в шесть раз больше, чем во время приливов, когда вулкан приближается к извержению.
После выхода лавы началось движение вдоль вновь образовавшейся трещины или дамбы, которая наклонялась вниз и наружу внутри кальдеры шириной 2 мили и длиной 5 миль.
"Среди вулканологов ведутся давние споры об ориентации кольцевых разломов под кальдерами: наклонены ли они к центру кальдеры или от него?" - сказал Уилкок. «Мы смогли обнаружить небольшие землетрясения и очень точно определить их местонахождение, а также увидеть, что они были активны, когда вулкан раздувался."
Два предыдущих извержения отправили лаву к югу от прямоугольного кратера вулкана. Это извержение произвело лаву на север. Сейсмический анализ показывает, что до извержения движение происходило по падающему наружу кольцевому разлому. Затем образовалась новая трещина или дайка, первоначально вдоль того же падающего наружу разлома ниже восточной стены кальдеры. Наклонный наружу разлом был предсказан с помощью так называемых «моделей песочницы», но это наиболее подробные наблюдения, подтверждающие, что они происходят в природе. Эта трещина двигалась на юг вдоль этой плоскости, пока не достигла северной границы предыдущего извержения 2011 года.
«В районах, которые недавно извергались, напряжение уменьшилось», - сказал Уилкок. «Таким образом, трещина перестала идти на юг, а затем начала идти на север». Сейсмические данные показывают, что трещина шла на север вдоль восточного края кальдеры, затем лава пронзила поверхность коры и излилась внутрь, а затем за пределы северо-восточного края кальдеры.
Дайка, или трещина, затем шагнула на запад и следовала по линии к северу от кальдеры примерно в 9 милях (15 км) к северу от вулкана, с тысячами небольших взрывов на пути.
"На северной оконечности произошло два крупных извержения, которые длились почти месяц, в зависимости от того, когда происходили взрывы и когда магматическая камера сдувалась", - сказал Уилкок.
Активность продолжалась весь май, затем поток лавы прекратился, и сейсмические колебания прекратились. В течение месяца количество землетрясений сократилось до 20 в день.
Вулкан еще не начал производить больше землетрясений, поскольку он постепенно перестраивается к новому извержению, которое обычно происходит каждые десять лет или около того. Обсерватория на Осевом вулкане рассчитана на работу не менее 25 лет. «Кабельный массив предлагает новые возможности для изучения вулканизма и реального изучения того, как работают эти системы», - сказал Уилкок.«Это только начало».