В 2021 году вулкан Вениаминова на Аляске начал извергаться внезапно, выбросив столб пепла на высоту 15 километров. Однако учёные обнаружили извержение лишь спустя три дня после его начала. Как и многие предыдущие извержения этого вулкана, оно не сопровождалось обычными предвестниками — деформацией грунта или землетрясениями.
Теперь новое исследование, в журнале Frontiers in Earth Science, объясняет, почему некоторые вулканы извергаются «тихо», и предлагает способы улучшения прогнозирования таких событий.
«Некоторые из этих вулканов расположены рядом с важными авиамаршрутами или населёнными пунктами. Например, Попокатепетль и Колима в Мексике, Мерапи в Индонезии, Галерас в Колумбии и Стромболи в Италии», — пояснил доктор Юю Ли, вулканолог из Университета Иллинойса и ведущий автор исследования. «Наша работа помогает понять, почему так происходит, выявляя ключевые внутренние условия, такие как низкий приток магмы и тёплая окружающая порода, которые делают извержения скрытыми».
Учёные сосредоточились на извержении Вениаминова в 2018 году, которое, несмотря на тщательный мониторинг, не дало чётких сигналов. Проанализировав данные за три года до извержения, исследователи построили модель, показывающую, как движение магмы под землёй может — или не может — вызывать заметные изменения на поверхности.
Выяснилось, что характер заполнения магматической камеры играет ключевую роль в появлении предупреждающих признаков. Если большое количество магмы быстро поступает в камеру, это обычно вызывает поднятие грунта или сейсмическую активность — классические сигналы приближающегося извержения. Однако «тихие» извержения чаще всего происходят, когда небольшой объём магмы медленно поступает в маленькую камеру. Именно такие условия наблюдаются у вулкана Вениаминова.
Форма и размер магматической камеры также влияют на предвестники. Например, крупные и плоские камеры могут вызывать лишь слабые землетрясения, а небольшие и вытянутые — незначительную деформацию поверхности. Для скрытых извержений необходимо сочетание нескольких факторов: скорости поступления магмы, размера, формы и глубины камеры.
Температура окружающих пород — ещё один важный фактор. Если камера долгое время остаётся заполненной магмой, порода вокруг неё нагревается и становится менее хрупкой, что снижает вероятность трещин и сдвигов. В результате традиционные признаки — землетрясения и деформация — могут отсутствовать, делая извержение неожиданным.
«Чтобы снизить риск таких внезапных извержений, необходимо использовать высокоточные инструменты, такие как наклономеры и тензометры, а также новые методы, включая мониторинг инфразвука и выбросов газов», — предложил доктор Ли. «Машинное обучение также показало эффективность в обнаружении малозаметных изменений в активности вулканов, особенно в анализе сейсмических сигналов».
Вулкан Вениаминова — не единственный пример. Исследование указывает на аналогичные риски для Галераса в Колумбии и Стромболи в Италии, где извержения могут угрожать миллионам людей. Традиционные методы мониторинга, такие как отслеживание землетрясений и деформации, здесь часто оказываются бесполезными.
Разработанная модель не только объясняет механизм скрытых извержений, но и позволяет прогнозировать их. Комбинируя данные в реальном времени с физическими моделями, учёные смогут предсказывать извержения за несколько часов или даже дней до начала. Хотя остаются сложности — например, установка дорогостоящих датчиков на удалённых вулканах — преимущества очевидны: более точные предупреждения спасут жизни и уменьшат экономический ущерб от перекрытого авиасообщения.
«В будущем этот подход позволит улучшить мониторинг скрытых вулканических систем и повысить эффективность мер по защите населения», — отметил доктор Ли.
По мере того как изменение климата ускоряет таяние ледников на вулканах, что может влиять на динамику магмы, такие разработки становятся особенно актуальными.