Новое исследование показало, что незадолго до неожиданного извержения новозеландского вулкана Руапеху в 2007 году сейсмические толчки вблизи его кратера стали тесно коррелировать с изменениями силы приливных сил, происходящими два раза в месяц. Исследование, опубликованное в журнале Scientific Reports, предполагает, что сигналы, связанные с приливными циклами, потенциально могут обеспечивать заблаговременное предупреждение об определенных типах вулканических извержений.
"Изучая данные об этом вулкане за период около 12 лет, мы обнаружили, что эта корреляция между амплитудой сейсмических толчков и приливными циклами развивалась только за три месяца до этого извержения", - сказал Тарсило Жирона, ведущий автор исследования..«Это говорит о том, что приливы и отливы могут предоставить нам информацию о том, вошел ли вулкан в критическое состояние или нет».
Жирона, научный сотрудник НАСА в Лаборатории реактивного движения, руководил исследованием во время постдокторской работы в Университете Брауна, работая с профессором Брауна Кристианом Хубером и Корентином Кодроном, научным сотрудником в Гентском университете в Бельгии.
Земные приливы увеличиваются и уменьшаются ежедневно из-за гравитационного притяжения Луны по мере вращения Земли. Во время полнолуний и новолуний гравитационное притяжение Луны совпадает с гравитационным притяжением Солнца, что делает ежедневные приливные выпуклости немного больше во время этих лунных фаз. В течение первой и третьей четвертей Луны дневная приливная выпуклость немного меньше. Это двухмесячное изменение амплитуды прилива иногда называют двухнедельным приливом. В то время как мы обычно думаем о приливах с точки зрения подъема и отлива воды, эти гравитационные напряжения также влияют на твердую кору планеты. Вопрос о том, могут ли гравитационные напряжения влиять на вулканическую активность, давно стоит в науках о Земле.
«Многие исследования были сосредоточены на том, могут ли приливные силы вызывать извержения, и нет никаких окончательных доказательств того, что они это делают», - сказал Хубер. «Мы хотели взглянуть на это исследование под другим углом и посмотреть, есть ли какой-то обнаруживаемый сигнал, связанный с приливными силами, который может рассказать нам что-то о критичности вулкана».
Исследователи решили изучить вулкан Руапеху отчасти потому, что его активность в течение многих лет тщательно отслеживалась научно-исследовательским институтом GNS Science в Новой Зеландии. Гора является популярной туристической достопримечательностью и домом для двух горнолыжных курортов, поэтому власти хотят быть в курсе любых предупреждающих признаков того, что она может извергнуться. Этот мониторинг предоставил исследователям длинный и непрерывный набор данных для изучения.
В частности, команду интересовали данные сейсмических датчиков, расположенных вблизи кратера вулкана. Эти датчики улавливают вулканический толчок, низкий сейсмический грохот, который обеспечивает постоянный сигнал активности в вулканической системе. Используя сложную статистическую технику, исследователи прочесали сейсмические данные за 12 лет в поисках любого периода, когда сейсмичность коррелировала с лунными циклами. Они обнаружили, что на протяжении большей части этих 12 лет не было корреляции между толчками и лунными циклами, за исключением нескольких месяцев перед паровым извержением 25 сентября 2007 г., когда появилась сильная корреляция.
В течение этих трех месяцев амплитуда сотрясения то поднималась, то немного падала в соответствии с двухнедельным приливным циклом. В то время как колебания сейсмической амплитуды были незначительными, сила корреляции с приливным циклом не была такой. По словам исследователей, корреляция была такой же сильной, как 5 сигм, а это означает, что вероятность того, что паттерн возник случайно, составляет примерно один к 3,5 миллионам.
Чтобы понять, как приливные силы влияли на Руапеху в течение этих трех месяцев, исследователи использовали модель сейсмического толчка, которую они разработали ранее. Вулканы, такие как Руапеху, имеют вертикальный канал, по которому поднимается лава, и твердую каменную пробку наверху. Газы, выделяющиеся из лавы, образуют карман между каменистой пробкой и лавовым бассейном. Этот газовый карман может резонировать с пробкой, вызывая сейсмические толчки.
Модель предполагает, что, когда давление газового кармана достигает критического уровня - уровня, при котором возможен паровой извержение - различных напряжений, связанных с изменением приливных сил, достаточно, чтобы изменить амплитуду толчков.
«Это то, что, по нашему мнению, происходило в 2007 году», - сказал Хубер. «Когда давление в системе стало критическим, она стала чувствительна к приливам. Мы смогли показать, что сигнал можно обнаружить».
Ни один из других индикаторов, которые геологи обычно используют для прогнозирования извержений, в 2007 году не вызвал каких-либо предупреждений. Таким образом, приливный сигнал может быть способом прогнозирования паровых извержений, которые иначе трудно предсказать.
«Мы хотели бы собрать больше данных о других извержениях и других вулканах, чтобы увидеть, проявляется ли этот приливный сигнал где-либо еще», - сказал Хубер. «Тогда мы можем начать думать об использовании его в качестве потенциального средства прогнозирования будущих извержений такого рода».
Исследование финансировалось Национальным научным фондом (1454821).