Группа исследователей из Кембриджского университета разработала новый способ измерения давления внутри вулканов и обнаружила, что он может быть надежным индикатором будущих извержений.
Используя технику под названием «интерферометрия сейсмического шума» в сочетании с геофизическими измерениями, исследователи измерили энергию, проходящую через вулкан. Они обнаружили, что существует хорошая корреляция между скоростью, с которой распространяется энергия, и количеством вздутий и усадок, наблюдаемых в породе. Этот метод можно использовать для более точного прогнозирования извержения вулкана. Их результаты опубликованы в журнале Science Advances.
Данные были собраны Геологической службой США на Килауэа на Гавайях, очень активном вулкане с озером бурлящей лавы прямо под его вершиной. В течение четырехлетнего периода исследователи использовали датчики для измерения относительных изменений скорости сейсмических волн, проходящих через вулкан с течением времени. Затем они сравнили свои результаты со вторым набором данных, которые измеряли крошечные изменения угла наклона вулкана за тот же период времени..
Поскольку Килауэа является таким активным вулканом, он постоянно выпячивается и сжимается по мере того, как давление в магматическом очаге под вершиной увеличивается и уменьшается. Нынешнее извержение Килауэа началось в 1983 году, и лава извергается почти постоянно. Ранее в этом году большая часть вулкана рухнула, и внизу образовался огромный «водопад» из лавы. Из-за такой высокой активности Килауэа также является одним из наиболее изученных вулканов на Земле.
Кембриджские исследователи использовали сейсмический шум, чтобы определить, что контролировало движение Килауэа. Сейсмический шум - это постоянная низкоуровневая вибрация Земли, вызываемая чем угодно, от землетрясений до волн в океане, и часто может быть считана одним датчиком как случайный шум. Но, соединив датчики вместе, исследователи смогли наблюдать передачу энергии между ними, что позволило им изолировать сейсмический шум, исходящий от вулкана.
«Нас интересовало, как меняется энергия, перемещающаяся между датчиками, становится ли она быстрее или медленнее», - сказала Клэр Дональдсон, аспирант кафедры наук о Земле Кембриджа и первый автор статьи. «Мы хотим знать, отражают ли изменения сейсмической скорости увеличение давления в вулкане, поскольку вулканы выпячиваются перед извержением. Это имеет решающее значение для прогнозирования извержений».
В одном-двух километрах ниже лавового озера Килауэа находится резервуар магмы. По мере изменения количества магмы в этом подземном резервуаре вся вершина вулкана выпячивается и сжимается. При этом изменяется сейсмическая скорость. Когда магматическая камера заполняется, это вызывает увеличение давления, что приводит к закрытию трещин в окружающей породе и возникновению более быстрых сейсмических волн - и наоборот.
"Впервые мы смогли сравнить сейсмический шум с деформацией за такой длительный период, и сильная корреляция между ними показывает, что это может быть новый способ прогнозирования извержений вулканов", - сказал Дональдсон.
Вулканическая сейсмология традиционно измеряла небольшие землетрясения на вулканах. Когда магма движется под землей, она часто вызывает крошечные землетрясения, поскольку она пробивает себе путь сквозь твердую породу. Поэтому обнаружение этих землетрясений очень полезно для прогнозирования извержений. Но иногда магма может бесшумно течь по уже существующим путям, и землетрясений не происходит. Этот новый метод по-прежнему будет обнаруживать изменения, вызванные потоком магмы.
Сейсмический шум возникает постоянно и чувствителен к изменениям, которые в противном случае были бы упущены. Исследователи ожидают, что это новое исследование позволит использовать метод на сотнях действующих вулканов по всему миру.