В среднем ежемесячно 40 вулканов на суше извергаются в атмосферу, а множество других вулканов на морском дне извергаются в океан. Новая покадровая анимация, объединяющая вулканы, землетрясения и выбросы газов, незабываемо раскрывает большие твердые плиты, образующие внешнюю оболочку Земли, и намекает на огромное количество тепла и энергии под ними, стремящихся убежать.
Одним щелчком мыши посетители могут увидеть последние 50 лет «Извержений, землетрясений и выбросов». Приложение под названием E3 позволяет зрителю выбирать и узнавать об отдельных извержениях, выбросах и землетрясениях, а также об их коллективном воздействии. Визуализируя эти огромные глобальные наборы данных вместе впервые, пользователи могут ускорить, замедлить или остановить течение времени. Они могут рассматривать плоские карты или глобусы и наблюдать, как газовые облака кружат вокруг планеты. Данные Глобальной программы вулканизма Смитсоновского института и Геологической службы землетрясений США (USGS) поступают в приложение, а наборы данных доступны для бесплатной загрузки. Приложение будет постоянно обновляться, накапливая новые события и дополнительную историческую информацию по мере ее появления.
"У вас была "эврика!" момент, когда вы вдруг видите порядок в том, что казалось хаотичным? Это приложение изобилует такими моментами», - сказала Элизабет Коттрелл, руководитель Глобальной программы вулканизма Смитсоновского института в Вашингтоне, округ Колумбия. «По мере того, как геологические события накапливаются с течением времени, тектонические плиты Земли предстают перед вашими глазами. То, что геологам потребовалось более 200 лет, чтобы узнать, зритель узнает за секунды. Мы хотели поделиться волнением с как можно большей аудиторией. Мы впервые можем представить эти наборы данных для широкой публики."
Она добавила: «Это приложение интересно не только преподавателям и широкой публике, но также поможет ученым понять глобальные модели извержений и связи между внутренней работой Земли и воздухом, которым мы дышим».
Команда экспертов разработала приложение при поддержке Смитсоновского института и Deep Carbon Observatory, международной междисциплинарной исследовательской программы, изучающей количество, движение, формы и происхождение углерода глубоко внутри Земли. Ученые Deep Carbon Observatory изучают выбросы вулканов в рамках этой миссии и в 2012-2019 годах более чем втрое увеличат количество постоянных станций мониторинга вулканического газа.
Отслеживание вулканических выбросов во избежание стихийных бедствий
Сотни миллионов людей во всем мире живут на склонах действующих вулканов, и извержения могут нанести огромный экономический ущерб, даже если поблизости проживает мало людей. В 2010 году в Исландии произошло извержение вулкана Эйяфьядлайёкюдль, извергнувшего массивные облака пепла, нарушившего авиасообщение для миллионов людей и обошедшегося авиационной отрасли почти в 2 миллиарда долларов. Лучшее ожидание извержений может снизить человеческие и экономические потери от этих природных явлений.
Недавние открытия ученых Deep Carbon Observatory (DCO) в рамках инициативы Deep Earth Carbon Degassing (DECADE) закладывают основу для улучшения прогнозов вулканических извержений. Эти с трудом достигнутые успехи потребовали дорогостоящих и опасных экспедиций для обнаружения выбросов газа в поисках подсказок.
«Мы развертываем автоматизированные станции мониторинга вулканов по всему миру для измерения выделяемых ими газов», - сказал Тобиас Фишер, вулканолог из Университета Нью-Мексико, США, и руководитель DECADE. «Мы измеряем углекислый газ, двуокись серы и водяной пар (пар), основные газы, выбрасываемые всеми вулканами на планете. За несколько часов до извержения мы видим последовательные изменения количества выбрасываемого углекислого газа по отношению к двуокиси серы. Отслеживание соотношений по всему миру с помощью спутников и мониторинга на местах помогает нам узнавать предвестников вулканических извержений. Мониторинг этих изменений вулканического газа также помогает нам получить более точную оценку общих выбросов углекислого газа вулканами на Земле, что является основной целью DCO».
«Наша цель - утроить количество наблюдаемых вулканов по всему миру к 2019 году - непростая задача», - добавил Фишер. «Установка приборов на вершинах вулканов - опасная работа в крайне труднодоступных местах».
«Иногда наши станции мониторинга становятся жертвами извержений, которые они пытаются измерить, как это недавно произошло на вулкане Вильяррика в Чили. По крайней мере, наши приборы регистрировали изменения состава газа вплоть до того момента, когда их уничтожило извержение», - отметил Фишер.
К 2019 году ученые DECADE надеются иметь станции мониторинга газа на 15 из 150 самых активных вулканов мира. Это добавит к восьми станциям, которые в настоящее время эксплуатируются другими организациями, такими как Геологическая служба США и Университет Палермо (Италия). Данные, собранные на этих станциях мониторинга, пополняют новую базу данных о выбросах вулканического углерода, делая потенциально спасительную информацию доступной для многих ученых по всему миру.
Расширение знаний и потенциал прогнозирования с суши
Вулканологи DCO также расширяют базовые знания о том, как работают различные вулканы, что способствует дальнейшему совершенствованию прогнозирования извержений.
Мартен де Моор и его команда из Национального университета Коста-Рики, например, с помощью станций мониторинга DECADE в течение нескольких лет измеряли выбросы газа на вулканах Поас и Турриальба в Коста-Рике. Де Мур и его коллеги наблюдали значительные изменения в составе газа перед извержениями этих вулканов, оба из которых оказали огромное влияние на местное общество. Турриальба, например, за последние несколько недель осыпал пеплом столицу Сан-Хосе, затронув около 3 миллионов человек и закрыв международный аэропорт.
«Мы все больше и больше убеждаемся в том, что изменения в соотношении углерода и серы предшествуют извержениям», - сказал де Мур. «Возможно, теперь мы можем увидеть приближающееся извержение, просто взглянув на выбросы газа. Что действительно увлекательно, так это то, насколько динамичны эти вулканы в их дегазации и извержении. Чтобы понять общую картину дегазации Земли, нам также необходимо понять процессы. управляя временными вариациями вулканических выбросов."
Исторически сложилось так, что вулканологи измеряли выбросы вонючей двуокиси серы гораздо легче, чем бесцветную двуокись углерода без запаха. Но ученые DCO из Национального центра научных исследований (CNRS) и Университета Лотарингии во Франции разрабатывают новые геохимические инструменты для обнаружения и мониторинга крупномасштабных выбросов вулканического углекислого газа. Инструменты включают новый высокоточный метод измерения избыточного содержания в воздухе редкой формы гелия, обнаруженной в магме, высокотемпературных жидкостях из-под земной коры, которые выходят из вулканов в виде лавы и газов.
«Наши данные по гелию показывают, что даже когда они не извергаются, вулканы постоянно выделяют углекислый газ и другие газы через кору из магматических камер глубоко под землей», - сказал Бернард Марти, руководитель группы CNRS. «Мы наблюдаем низкий уровень выброса углекислого газа на больших территориях вокруг вулкана Этна на Сицилии и вулкана Эрта Але в Афаре, Эфиопия, что говорит нам о том, что это может происходить в местах по всему миру».
Глаза в космосе добавить в набор инструментов
Для оценки вулканической активности и выброса газа в глобальном масштабе исследователи DCO из Кембриджского университета, Великобритания, применяют еще один подход; измерение вулканических газов из космоса с помощью спутников.
«В то время как водяной пар и двуокись углерода являются гораздо более распространенными вулканическими газами, двуокись серы легче измерить, потому что атмосфера Земли содержит очень мало двуокиси серы», - сказала Мари Эдмондс, сопредседатель научного сообщества DCO по резервуарам и потокам.«Благодаря спутникам мы можем измерять выбросы диоксида серы в течение многих лет, и технология продолжает совершенствоваться. Захватывающий новый аспект исследований DCO объединяет спутниковые данные с наземными измерениями отношения углерода к сере, предоставленными DECADE. Эта мощная комбинация позволяет нам лучше определить глобальные вулканические выбросы или дегазацию углекислого газа».
«Вулканические инструменты DECADE позволяют нам проверять наши спутниковые наблюдения и получать гораздо более частые измерения», - добавил Эдмондс. «В конце концов мы надеемся, что получим такие же точные измерения из космоса, как и с земли. Когда это произойдет, мы сможем наблюдать за вулканами в отдаленных частях мира за небольшую часть стоимости и без риска для жизни ученых». По мере накопления данных они также будут передаваться в приложение E3 и через него.