На Камчатке произошло извержение вулкана Шивелуч. От чего зависит подобное явление и как его предсказать?
11 апреля начал извергаться один из крупнейших вулканов на Камчатке — Шивелуч. Он представляет собой отверстие в земной поверхности, через которое может брызнуть лава, столб дыма и пепла, который успел подняться на 20 тыс. метров над уровнем моря, а также газы. Древние люди верили, что подобные образования находятся во власти богов, которые, будучи разгневанными за непослушание, обрушивают свой гнев на жителей нижнего мира. Но какая наука скрывается за извержением на самом деле? И как ученые предсказывают подобные катастрофы? Разбираемся.
Как ученые обычно отслеживают извержение?
Хотя вулканологи хорошо осведомлены о внутренних процессах земной коры, они пока не могут предсказать катастрофу за полгода и больше. Тем не менее ученые добились значительных успехов в прогнозировании. Характер извержения основан на доисторических и исторических записях определенного вулкана и его продуктов. Например, сильно извергающийся массив, уже вызвавший пеплопад, поток пепла и сели, скорее всего, сделает то же самое в будущем.
Определение времени извержения вулкана зависит от измерения ряда параметров, включая сейсмическую активность (особенно глубину и частоту вулканических землетрясений), деформацию грунта, а также выбросы газов (отбор проб газообразного диоксида серы). Отличный пример успешного прогнозирования произошел в 1991 году. Вулканологи из Геологической службы США точно предсказали извержение вулкана Пинатубо на Филиппинах 15 июня, что позволило своевременно спасти тысячи жизней.
Что нового привнесли российские ученые?
Есть и другой способ — анализ резонансной частоты вулканического массива. Для этого используются геофизические данные, полученные с сейсмических станций, установленных на вулканах.
В спокойном состоянии вулкан обладает определенной резонансной частотой — порядка 0,2 Гц. В то же время примерно за две или две с половиной недели до извержения в период активизации частота начинает снижаться до 0,16 Гц. Это связано с движением магмы и давлением на жерло. После извержения частота возвращается к исходным показателям. Землетрясения же, которые традиционно являются предвестниками вулканической активности, происходят лишь за три-четыре дня. Этот срок слишком мал, чтобы пресечь большинство разрушений.
Чтобы решить эту проблему, сотрудники Новосибирского государственного университета (НГУ) разработали способ, позволяющий предсказать извержение вулкана более чем за две недели. Он позволит заблаговременно прогнозировать крупные встряски магмы и вовремя оповещать население, как сообщает ТАСС. Ученые создали программное обеспечение, которое оперативно анализирует данные сейсмических станций, установленных на вулканах, и предупреждает об изменениях резонансной частоты.
Исследователи подтвердили теории на датчиках камчатских вулканов Безымянный и Авача, а также вулкана Редаут на Аляске. Уже сейчас сотрудники Центра трансфера технологий и коммерциализации НГУ ведут переговоры по внедрению нового метода в населенных пунктах, расположенных в зоне действия активных вулканов России.
Почему происходит извержение?
Вулканы извергаются из-за того, что тепло перемещается под поверхностью земли. Оно передается от недр планеты к ее поверхности в основном за счет конвекции, переноса тепла движением нагретой жидкости, которая представляет собой магму — расплавленную или частично расплавленную горную породу, образующуюся в результате плавления земной мантии и коры. Поскольку она легче твердой породы вокруг, магма поднимается и собирается в специальных камерах. В результате ее часть проталкивается через жерла и трещины земли. Излившееся вещество называется лавой.
Взрывоопасность извержения зависит от состава магмы. Если она достаточно жидкая, газы легко выходят из нее. Когда она извергается, то безопасно вытекает из вулкана. Потоки лавы редко убивают людей, поскольку движутся достаточно медленно, чтобы жители могли спастись. Но если же магма густая и липкая — газы так просто не выходят. Давление нарастает до тех пор, пока они не вырываются наружу и не взрываются. В этом случае магма агрессивно выбрасывается в воздух и распадается на куски, называемые тефрой. Ее размер варьируется от крошечных частиц пепла до валунов размером с дом.
Пепел, взметнувшийся в небо, падает обратно на Землю, подобно рыхлому снегу. Его толстый слой способен убить растения, животных и людей. Так, например, 11 апреля на Камчатке прошел сильнейший за 60 лет пеплопад из-за извержения вулкана Шивелуч. Толщина слоя за четыре часа достигла 8,5 см. Когда горячие вулканические материалы смешиваются с водой из ручьев или талым снегом и льдом, образуются сели. За всю историю селевые потоки погребли под собой целые населенные пункты, расположенные вблизи извергающихся вулканов.
Большинство вулканов связано с тектонической активностью плит. Например, вулканы Японии, Исландии, Индонезии и многих других мест расположены на окраинах массивных твердых скалистых плит, составляющих поверхность Земли. Когда одна плита скользит под другую, вода, попавшая внутрь, выдавливается из нее огромной силой, которая производит достаточно тепла, чтобы расплавить соседнюю породу, образуя магму. Поскольку магма более плавучая, чем окружающая порода, она поднимается и собирается в камерах ближе к поверхности. Когда камера заполняется, давление внутри увеличивается. Так образуются трещины. В конце концов восходящее давление может вытолкнуть из них магму.
Несмотря на огромный ущерб, который причиняют вулканы, они также помогают нам жить. Пепел обеспечивает пищу для почвы вокруг образования, которая позволяет выращивать растения. Тепло некоторых вулканов используется в производстве энергии для освещения, холодильников, телевизоров и компьютеров.
