Kiedy wulkany przygotowują się do wybuchu, naukowcy polegają na typowych oznak ostrzegania ludzi mieszkających w pobliżu: deformacji ziemi i trzęsień ziemi, spowodowanych podziemnymi komorami wypełniającymi magmą i wulkanicznym gazem. Ale niektóre wulkany, zwane wulkanami „ukrytymi”, nie podają oczywistych znaków ostrzegawczych. Teraz naukowcy studiujący Veniaminof na Alasce opracowali model, który może wyjaśnić i przewidzieć ukradkowe erupcje.
„Pomimo znacznych postępów w monitorowaniu, niektóre wulkany wybuchają z niewielkimi lub nie wykrywalnymi prekursorami, znacznie zwiększając ryzyko dla pobliskich populacji” – powiedział dr Yuyu Li z University of Illinois, główny autor Studium w Frontiers in Earth Science. „Niektóre z tych wulkanów znajdują się w pobliżu głównych tras lotniczych lub w pobliżu społeczności: przykłady obejmują Popocatépetl i Colima w Meksyku, Merapi w Indonezji, Galers w Kolumbii i Stromboli we Włoszech.
„Nasza praca pomaga wyjaśnić, jak to się dzieje, identyfikując kluczowe warunki wewnętrzne – takie jak niskie zapasy magmy i ciepła skała gospodarza – które sprawiają, że erupcje są ukradkowe”.
Znaki ostrzegawcze
Veniaminof to wulkan odziany w lód w aleutowskim łuku Alaski. Jest starannie monitorowany, ale tylko dwa z 13 erupcji od 1993 r. Były poprzedzone wystarczającymi znakami, aby ostrzec obserwujących naukowców. W rzeczywistości erupcja w 2021 r. Została złapana dopiero trzy dni po jej rozpoczęciu.
„Veniaminof to studium przypadku w tym, jak wulkan może wyglądać cicho, a jednocześnie jest przygotowany do wybuchu” – powiedział Li. „Jest to jeden z najbardziej aktywnych wulkanów na Alasce. W ostatnich dziesięcioleciach wyprodukował kilka erupcji VEI 3-umiarkowane zdarzenia wybuchowe, które mogą wysyłać popiół do 15 km wysokości, zakłócać ruch lotniczy i stanowić regionalne zagrożenia do pobliskich społeczności i infrastruktury-często bez wyraźnych znaków ostrzegawczych.”
Aby lepiej zrozumieć Veniaminof, naukowcy wykorzystali dane monitorujące w trzech sezonach letnich bezpośrednio przed erupcją skradania się w 2018 r., Która wywołała jedynie niejednoznaczne znaki ostrzegawcze bezpośrednio przed tym. Stworzyli model zachowania wulkanu w różnych warunkach, który zmieniłby wpływ zbiornika magmy wypełniającego na ziemi powyżej: sześć potencjalnych objętości zbiornika magmy, zakres prędkości przepływu magmy i głębokości zbiornika oraz trzy kształty rezerwuaru. Następnie porównali modele z danymi, aby zobaczyć, które najlepiej pasowały i które warunki wywołały erupcje, ukryte lub w inny sposób.
Wulkan według liczb
Odkryli, że wysoki przepływ magmy do komory zwiększa deformację ziemi i prawdopodobieństwo erupcji. Jeśli Magma szybko płynie do dużej komory, erupcja może nie wystąpić, ale jeśli ktoś zrobi na tyle, by najpierw ostrzec naukowców. Podobnie wysoki przepływ magmy do małej komnaty prawdopodobnie spowoduje erupcję, ale nie ukradkiem. Podstępne erupcje stają się prawdopodobne, gdy niski przepływ magmy wchodzi w stosunkowo niewielką komnatę. W porównaniu z danymi obserwacyjnymi wyniki sugerują, że Veniaminof ma małą komorę magmy i niski przepływ magmy.
Model sugeruje również, że różne warunki mogą wytwarzać różne znaki ostrzegawcze. Magma płynąca do większych, płaskich komorów może powodować minimalne trzęsienia ziemi, podczas gdy mniejsze, bardziej wydłużone komory mogą powodować niewielkie odkształcenie ziemi. Ale erupcje ukryte zdarzają się tylko wtedy, gdy wszystkie warunki są na miejscu – odpowiedni przepływ magmy i odpowiedni rozmiar komory, kształt i głębokość.
Jednak gdy naukowcy dodali temperaturę do swojego modelu, odkryli, że jeśli magma jest konsekwentnie obecna w czasie, tak że skała komory była ciepła, wielkość i kształt ma mniejsze znaczenie. Jeśli skała jest ciepła, rzadziej zawiedzie w sposób, który powoduje wykrywalne trzęsienia ziemi lub odkształcenie ziemi, gdy magma wpływa do komnaty, zwiększając prawdopodobieństwo ukrytej erupcji.
Co dalej?
„Aby złagodzić wpływ tych potencjalnych erupcji niespodziewanych, musimy zintegrować instrumenty precyzyjne, takie jak tiltmetry odwiertu i odkształcenia i wykrywanie światłowodowe, a także nowsze podejścia, takie jak monitorowanie emisji w zakresie infradzindy i gazu”-powiedział Li. „Uczenie maszynowe okazało się również obiecujące w wykrywaniu subtelnych zmian zachowań wulkanicznych, szczególnie w wyborze sygnałów trzęsienia ziemi”.
W Veniaminof podejmowanie środków w celu poprawy pokrycia monitorowania satelitarnego i dodawanie przechyłu i odkształcenia może poprawić szybkość wykrywania. W międzyczasie naukowcy wiedzą teraz, które wulkany muszą najbardziej uważnie obserwować: wulkany z małymi, ciepłymi zbiornikami i powolnymi przepływami magmy.
„Łączenie tych modeli z obserwacjami w czasie rzeczywistym stanowi obiecujący kierunek poprawy prognozowania wulkanu”-powiedział Li. „W przyszłości podejście to może umożliwić lepsze monitorowanie tych ukrytych systemów, ostatecznie prowadząc do bardziej skutecznych reakcji na ochronę pobliskich społeczności”.