Вулканические извержения непредсказуемы, но эти геологи разгадали код

Если вы думали, что прогнозирование погоды - это сложно, попробуйте справиться с магмой.

Отредактировано 2023-25-06
Извержение вулкана Сьерра-Негра на Галапагосских островах в 2018 годуВулкан Сьерра-Негра на эквадорском острове Исабела в последний раз извергался 26 июня 2018 года. Кратер высотой 1 124 метра является одним из крупнейших на планете.

26 июня 2018 года земля загрохотала под гигантскими спящими черепахами на острове Исабела на Галапагосах. Вскоре после этого началось извержение вулкана Сьерра-Негра, возвышающегося над островом. В течение следующих двух месяцев трещины вулкана извергли достаточно лавы, чтобы покрыть площадь примерно в 19 квадратных миль.

Это было едва ли не первое извержение Сьерра-Негра: Только за последнее столетие он извергался еще по меньшей мере семь раз. Но особенным это явление 2018 года стало потому, что геологи предсказали дату извержения еще в январе. Более того, они почти точно определили день.

Это был, безусловно, удачный прогноз. Теперь, в статье, опубликованной сегодня в журнале Science Advances, они выяснили, почему их оценки сбились - и как они могут сделать так, чтобы их моделирование снова было верным. Сьерра-Негра - всего лишь один вулкан на малонаселенном архипелаге, но когда сотни миллионов людей по всему миру живут в зонах вулканической опасности, перенос этих прогнозов на другие кратеры может спасти несметное количество жизней.

"Предстоит еще много работы, но... прогнозирование вулканов может стать реальностью в ближайшие десятилетия", - говорит Патриция Грегг, геолог из Университета Иллинойса Урбана-Шампейн и один из авторов статьи.

Прогнозирование извержений подобно прогнозированию погоды. С таким количеством переменных и движущихся частей становится все труднее нарисовать картину моментов, пытаясь спрогнозировать будущее. Вы можете доверять прогнозу на завтра, но не так охотно будете доверять прогнозу на неделю вперед.

Это сделало прогноз Грегг и ее коллег по Сьерра-Негра за пять месяцев до извержения еще более удачным. Хотя к тому времени вулкан уже начал роптать, наблюдались всплески сейсмической активности, сами прогнозисты согласны с тем, что это была авантюра.

"Это всегда было просто испытанием", - говорит Грегг. "Мы не очень верили в то, что наш прогноз будет точным".

Но Сьерра-Негра - идеальная лаборатория для отладки вулканических прогнозов. Поскольку он извергается раз в 15-20 лет, к нему приковано пристальное внимание, и ученые из Эквадора и всего мира постоянно наблюдают за ним. К 2017 году их приборы уловили новые раскаты, указывающие на будущее извержение.

Эксперты знают, что вулканы, подобные Сьерра-Негра, извергаются, когда магма накапливается в резервуаре под ними. По мере того как все больше магмы упирается в окружающую породу, она оказывает на землю все большее давление. В конце концов, что-то должно отступить. Скалы ломаются, и магма начинает прорываться наружу. Если бы геологи могли понять, как именно разрушаются породы, они могли бы предсказать, когда может произойти этот перелом.

Грегг и его коллеги использовали методы, знакомые специалистам по прогнозированию погоды и климата: Они объединили данные наблюдений за наземной активностью вулкана с прогнозами, полученными в результате моделирования. Затем они использовали спутниковые радиолокационные изображения земли под Сьерра-Негра, чтобы наблюдать за тем, что делает раздувающийся резервуар магмы, и запускали модели на суперкомпьютерах, чтобы узнать, что произойдет дальше.

Исходя из того, как разбухала магма к январю 2018 года, их прогнозы указывали на вероятное извержение в период с 25 июня по 5 июля. В течение следующих нескольких месяцев уровень продолжал расти с той же скоростью, и извержение началось 26 июня, точно по графику.

"Если бы за эти месяцы что-то изменилось, наш прогноз не оправдался бы", - говорит Грегг.

"Очень близкое совпадение прогноза автора с началом извержения должно быть связано с некоторой удачей, но это само по себе говорит нам о чем-то", - говорит Эндрю Белл, геолог из Эдинбургского университета, который изучал Сьерра-Негру, но не был автором статьи.

Разноцветные скалы на вулкане Сьерра-Негра на ГалапагосахВулкан Сьерра-Негра в состоянии покоя. Фотографии месторождения

Поэтому в последующие годы Грегг и ее коллеги вернулись к своим расчетам, чтобы определить, что они сделали правильно, и что это "что-то" может быть. Они провели дополнительные моделирования, используя данные, полученные во время извержения, чтобы увидеть, насколько близко они смогли подойти к реальности.

Они обнаружили, что накопление магмы оставалось относительно постоянным в течение первой половины 2018 года. К концу июня водохранилище оказало достаточное давление на нижнюю часть вулкана, чтобы вызвать умеренно сильное землетрясение. Это, похоже, стало последней каплей, расколовшей породу и выпустившей магму наружу.

Такая практика моделирования исторических явлений для проверки точности прогнозных моделей иногда называется "ретроспективным прогнозированием" в метеорологии. Помимо Сьерра-Негра, Грегг и ее коллеги изучили старые извержения на Суматре, Аляске и под водой у побережья Каскадии.

Но можно ли использовать одни и те же методы прогнозирования в разных регионах мира? Каждый вулкан уникален, а значит, геологам необходимо корректировать свои модели. Однако авторы исследования, проведенного в Сьерра-Негра, обнаружили некоторые общие черты в том, как движения грунта влияют на вероятность извержения.

Улучшение моделей прогнозирования также означает, что ученые больше узнают о физических процессах, которые вызывают к жизни вулканы, пытаясь сопоставить моделирование с реальными условиями. "Составление настоящих количественных прогнозов до того, как произойдет событие, - это сложная задача", - говорит Белл, - "но важно попытаться".