В большинстве случаев, когда вы видите извержение вулкана по телевизору или в Интернете, магма вырывается прямо из его вершины. Однако нередко магма извергается со склона вулкана, а не с его вершины. Покинув подземный магматический очаг, магма пробивается вбок, разламывая породу, иногда на десятки километров. Затем, когда он пробивает поверхность Земли, он образует одно или несколько отверстий, из которых выливается, иногда со взрывом. Это, например, произошло в Бардарбунге в Исландии в августе 2014 года и в Килауэа на Гавайях в августе 2018 года.
Вулканологам сложно угадать, куда движется магма и где она прорвется на поверхность. На эту задачу тратится много усилий, поскольку она может помочь свести к минимуму риск для деревень и городов, которым угрожают извержения. Теперь Элеонора Ривальта и ее команда из Немецкого исследовательского центра геонаук GFZ в Потсдаме вместе с коллегами из Университета Рома Тре и обсерватории Везувия Итальянского национального института геофизики и вулканологии в Неаполе разработали новый метод определения местоположения жерл. прогнозы. Исследование опубликовано в журнале Science Advances.
«Предыдущие методы основывались на статистике мест прошлых извержений», - говорит Элеонора Ривальта. «Наш метод сочетает в себе физику и статистику: мы рассчитываем пути наименьшего сопротивления для восходящей магмы и настраиваем модель на основе статистики. Исследователи успешно протестировали новый подход на данных из кальдеры Кампи Флегрей в Италии, одного из самых опасных вулканов на Земле.
Кальдеры часто выглядят как лужайка, покрытая кротовиной
Открытые на склоне вулкана жерла часто используются только одним извержением. Все вулканы могут производить такие одноразовые жерла, но некоторые делают больше, чем другие. Их склоны пронизаны десятками жерл, расположение которых отмечает места, где пути подземной магмы пересекали поверхность Земли.
В кальдерах, то есть больших котлообразных впадинах, которые образуются вскоре после опустошения магматического очага при извержении вулкана, жерла также могут открываться внутри и по краю. Это потому, что у них нет вершины, чтобы сфокусировать извержения. «Кальдеры часто выглядят как лужайка, покрытая кротовиной», - говорит Элеонора Ривальта из GFZ.
Большинство жерл в кальдерах использовались только один раз. Возникающее в результате рассеянное, иногда кажущееся случайным пространственное распределение жерл угрожает обширным территориям, создавая проблему для вулканологов, которые составляют прогнозные карты для определения местоположения будущих извержений. Такие карты также необходимы для точных прогнозов лавовых и пирокластических потоков или распространения пепловых шлейфов.
Карты прогнозов жерл до сих пор в основном основывались на пространственном распределении прошлых жерл: «Вулканологи часто предполагают, что вулкан будет вести себя так же, как и в прошлом», - говорит Элеонора Ривальта. «Проблема в том, что часто на поверхности вулкана видны только несколько десятков жерл, поскольку крупные эпизоды извержений имеют тенденцию скрывать или стирать прошлые модели извержений. Кроме того, динамика вулкана может меняться со временем, так что места извержений будут меняться."
Успешные тесты на Campi Flegrei
Вот почему Ривальта, физик по образованию, вместе с командой геологов и статистиков использовал физику вулканов для улучшения прогнозов. «Мы используем самые современные физические знания о том, как магма разрушает горные породы, чтобы двигаться под землей, и объединяем их со статистическими процедурами и знаниями о структуре и истории вулканов. Мы настраиваем параметры физической модели до тех пор, пока они не будут соответствовать предыдущим схемам извержений. Затем у нас есть рабочая модель, и мы можем использовать ее для прогнозирования мест будущих извержений», - говорит Элеонора Ривальта.
Новый подход был применен на юге Италии к Кампи Флегрей, кальдере недалеко от Неаполя, население которой составляет почти миллион человек. В кальдере шириной более десяти километров около восьмидесяти жерл подпитывали эксплозивные извержения за последние 15 000 лет. Исследователи сообщают, что подход показал хорошие результаты в ретроспективных тестах, то есть правильно прогнозирует расположение вентиляционных отверстий, которые не использовались для настройки модели..
«Самым сложным было сформулировать метод таким образом, чтобы он работал для всех вулканов, а не только для одного, - обобщить его», - объясняет Ривальта. «Теперь мы проведем дополнительные тесты. Если наш метод будет хорошо работать и на других вулканах, он может помочь в планировании землепользования в вулканических районах и прогнозировании мест будущих извержений с большей точностью, чем это было возможно ранее»."