Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Прогнозирование извержения вулкана или прогнозирование извержения вулкана - это междисциплинарный мониторинг и исследовательская работа, направленная на прогнозирование времени и силы извержения вулкана . Особое значение имеет прогнозирование опасных извержений, которые могут привести к катастрофическим человеческим жертвам, материальному ущербу и нарушению деятельности человека.

На горе Сент-Хеленс произошло взрывное извержение 18 мая 1980 года в 8:32 по тихоокеанскому времени.

Сейсмические волны (сейсмичность) [ править ]

Общие принципы сейсмологии вулканов [ править ]

  • Сейсмическая активность (землетрясения и толчки) всегда происходит по мере того, как вулканы пробуждаются и готовятся к извержению, и являются очень важным звеном в извержениях. Некоторые вулканы обычно имеют продолжающуюся низкоуровневую сейсмическую активность, но ее усиление может сигнализировать о большей вероятности извержения. Типы землетрясений, а также места их начала и окончания также являются ключевыми признаками. Вулканическая сейсмичность имеет три основные формы: короткопериодическое землетрясение , долгопериодическое землетрясение и гармонический тремор .
  • Короткопериодические землетрясения похожи на нормальные землетрясения, вызванные разломами. Они вызваны разрушением хрупкой породы, когда магма продвигается вверх. Эти короткопериодические землетрясения означают рост магматического тела у поверхности и известны как «А-волны». Этот тип сейсмических событий часто также называют вулканотектоническими (или VT) событиями или землетрясениями.
  • Считается, что длительные землетрясения указывают на повышенное давление газа в водопроводной системе вулкана. Они похожи на лязг, который иногда можно услышать в водопроводной системе дома, известный как « гидравлический удар ». Эти колебания эквивалентны акустическим колебаниям в очаге в контексте магматических очагов внутри вулканического купола и известны как волны «В». Они также известны как резонансные волны и длительные резонансные явления.
  • Гармонические толчки часто являются результатом отталкивания магмы от вышележащих пород под поверхностью. Иногда они могут быть достаточно сильными, чтобы люди и животные чувствовали их жужжание или жужжание, отсюда и название.

Модели сейсмичности сложны и часто трудно интерпретировать; тем не менее, возрастающая сейсмическая активность является хорошим индикатором увеличения риска извержения, особенно если доминируют длительные события и появляются эпизоды гармонического тремора.

Используя аналогичный метод, исследователи могут обнаруживать извержения вулканов, отслеживая инфразвук - субзвук ниже 20 Гц. Глобальная инфразвуковая сеть IMS, изначально созданная для проверки соблюдения договоров о запрещении ядерных испытаний, имеет 60 станций по всему миру, которые работают для обнаружения и определения местоположения извергающихся вулканов. [1]

Сейсмические исследования [ править ]

Связь между долгопериодическими событиями и неизбежными извержениями вулканов впервые была обнаружена в сейсмических записях извержения Невадо-дель-Руис 1985 года в Колумбии. Возникновение долговременных событий затем использовалось для предсказания извержения горы Редут в 1989 году на Аляске и извержения Галераса в 1993 году в Колумбии. В декабре 2000 года ученые из Национального центра по предотвращению бедствий в Мехико предсказали извержение в течение двух дней в Попокатепетле , на окраине Мехико. В их прогнозе использовалось исследование, проведенное Бернаром Шуэ , швейцарским вулканологом, работавшим в Геологической службе США.и кто первым заметил связь между долгопериодическими событиями и надвигающимся извержением. [2] [3] [4] Правительство эвакуировало десятки тысяч человек; 48 часов спустя вулкан извергся, как и предполагалось. Это было крупнейшее извержение Попокатепетля за тысячу лет, но никто не пострадал.

Сотрясения айсберга [ править ]

Сходство между толчками айсбергов , которые происходят, когда они садятся на мель, и вулканическими толчками может помочь экспертам разработать лучший метод прогнозирования извержений вулканов . Хотя айсберги имеют гораздо более простую структуру, чем вулканы, с ними легче работать физически. Сходства между вулканическими и айсбергскими толчками включают большую продолжительность и амплитуду , а также общие сдвиги в частотах . [5]

Выбросы газа [ править ]

Шлейф газа и пепла извергнулся с горы Пинатубо, Филиппины.

Когда магма приближается к поверхности и ее давление падает, газы улетучиваются. Этот процесс очень похож на то, что происходит, когда вы открываете бутылку газированного напитка, и углекислый газ выходит наружу. Двуокись серы - один из основных компонентов вулканических газов, и увеличение его количества предвещает приближение все большего количества магмы к поверхности. Например, 13 мая 1991 года увеличивающееся количество диоксида серы было выброшено с горы Пинатубо на Филиппинах . 28 мая, всего через две недели, выбросы диоксида серы увеличились до 5000 тонн, что в десять раз больше, чем ранее. Позже 12 июня 1991 г. извергалась гора Пинатубо. Несколько раз, например, до извержения горы Пинатубо и Галерас 1993 г. , Колумбия.После извержения выбросы диоксида серы упали до низкого уровня до извержения. Большинство ученых считают, что это падение уровня газа вызвано закрытием газовых каналов затвердевшей магмой. Такое событие приводит к повышению давления в водопроводной системе вулкана и увеличению вероятности взрывного извержения. Система многокомпонентного газоанализатора (Multi-GAS) - это приборный комплекс, используемый для проведения измерений с высоким разрешением в реальном времени вулканических газовых шлейфов. [6] Измерения соотношений CO 2 / SO 2 с использованием нескольких газов могут позволить обнаруживать предэруптивную дегазацию поднимающихся магм, улучшая прогнозирование вулканической активности. [6]

Деформация грунта [ править ]

Набухание вулкана сигнализирует о скоплении магмы у поверхности. Ученые, наблюдающие за действующим вулканом, часто измеряют наклон склона и отслеживают изменения скорости набухания. Повышенная скорость набухания, особенно если она сопровождается увеличением выбросов диоксида серы и гармоническим сотрясением, является высоковероятным признаком надвигающегося события. Деформация горы Сент-Хеленсдо извержения 18 мая 1980 года было классическим примером деформации, поскольку северная сторона вулкана вздымалась вверх, поскольку под ней накапливалась магма. Большинство случаев деформации грунта обычно можно обнаружить только с помощью сложного оборудования, используемого учеными, но они все же могут таким образом предсказать будущие извержения. Гавайские вулканы демонстрируют значительную деформацию грунта; есть надувание грунта перед извержением, а затем очевидная дефляция после извержения. Это связано с неглубоким магматическим очагом Гавайских вулканов; движение магмы легко заметить на земле выше. [7]

Температурный мониторинг [ править ]

И движение магмы, и изменения в газовыделении, и гидротермальная активность могут привести к изменениям коэффициента теплового излучения на поверхности вулкана. Их можно измерить с помощью нескольких методов:

  • передовая инфракрасная радиометрия (FLIR) с портативных устройств, установленных на месте, на расстоянии или в воздухе;
  • спутниковые снимки в инфракрасном диапазоне ;
  • натурная термометрия ( горячие источники , фумаролы )
  • карты теплового потока
  • изменения энтальпии геотермальных скважин

Гидрология [ править ]

Есть 4 основных метода, которые можно использовать для прогнозирования извержения вулкана с помощью гидрологии:

  • Скважинные и скважинные гидрологические и гидравлические измерения все чаще используются для мониторинга изменений подповерхностного давления газа и теплового режима вулканов. Повышенное давление газа приведет к тому, что уровень воды поднимется и внезапно упадет прямо перед извержением, а тепловая фокусировка (повышенный локальный тепловой поток) может уменьшить или высушить водоносные горизонты.
  • Обнаружение лахаров и других селевых потоков вблизи их источников. Ученые USGS разработали недорогую, прочную, портативную и легко устанавливаемую систему для обнаружения и постоянного наблюдения за прибытием и прохождением селевых потоков и наводнений в речных долинах, истощающих действующие вулканы.
  • Осадки до извержения могут собираться речным руслом, окружающим вулкан, что указывает на неизбежность фактического извержения. Большая часть наносов переносится из водоразделов, нарушенных вулканами, в периоды сильных дождей. Это может быть признаком морфологических изменений и повышенной гидротермальной активности в отсутствие инструментальных методов мониторинга.
  • Вулканические отложения, которые могут быть размещены на берегу реки, могут легко подвергнуться эрозии, что резко расширит или углубит русло реки. Следовательно, мониторинг ширины и глубины речных русел можно использовать для оценки вероятности будущего извержения вулкана.

Дистанционное зондирование [ править ]

Дистанционное зондирование - это обнаружение спутниковыми датчиками электромагнитной энергии, которая поглощается, отражается, излучается или рассеивается от поверхности вулкана или от его изверженного материала в изверженном облаке.

  • ' Обнаружение облаков : ученые могут отслеживать необычно холодные облака извержения вулканов, используя данные с двух разных длин волн, чтобы улучшить видимость изверженных облаков и отличить их от метеорологических облаков.
  • « Газовое зондирование . Двуокись серы можно также измерить дистанционным зондированием на тех же длинах волн, что и озон. Спектрометры для картирования общего озона (TOMS) могут измерять количество газообразного диоксида серы, выделяемого вулканами при извержениях. Выбросы углекислого газа из вулканов были обнаружены в коротковолновой инфракрасной области с помощью орбитальной углеродной обсерватории 2 НАСА . [8]
  • Температурное зондирование : наличие новых значительных тепловых сигнатур или «горячих точек» может указывать на новое нагревание земли перед извержением, представлять извержение в процессе или присутствие совсем недавних вулканических отложений, включая потоки лавы или пирокластические потоки.
  • Зондирование деформаций : спутниковые данные пространственного радара могут использоваться для обнаружения долгосрочных геометрических изменений в вулканическом сооружении, таких как поднятие и депрессия. В этом методе интерферометрического радара с синтезированной апертурой (InSAR) цифровые модели рельефа, созданные из радиолокационных изображений, вычитаются друг из друга для получения дифференциального изображения, отображающего скорость топографических изменений.
  • Мониторинг лесов : недавно было продемонстрировано, что местоположение изверженных трещин можно предсказать за месяцы или годы до извержений с помощью мониторинга роста лесов. Этот инструмент, основанный на мониторинге роста деревьев, был проверен на Mt. Нийрагонго и Mt. Этна во время извержения вулкана 2002–2003 гг. [9]
  • Инфразвуковое зондирование : относительно новый подход к обнаружению извержений вулканов включает использование инфразвуковых датчиков из инфразвуковой сети Международной системы мониторинга (МСМ). Этот метод обнаружения принимает сигналы от нескольких датчиков и использует триангуляцию для определения местоположения извержения. [10]

Массовые движения и массовые неудачи [ править ]

Мониторинг массовых перемещений и отказов использует методы, заимствованные из сейсмологии (геофоны), деформации и метеорологии. Оползни, камнепады, пирокластические потоки и селевые потоки (лахары) являются примерами массового разрушения вулканического материала до, во время и после извержений.

Самым известным вулканическим оползнем, вероятно, был провал выпуклости, образовавшейся в результате вторжения магмы перед горой. Извержение острова Сент-Хеленс в 1980 году, этот оползень «откупорил» неглубокую магматическую интрузию, вызвав катастрофический отказ и неожиданный боковой извержение. Обвалы часто происходят в периоды повышенной деформации и могут быть признаком повышенной активности при отсутствии инструментального мониторинга. Грязевые потоки ( лахары) представляют собой ремобилизованные гидратированные отложения золы из пирокластических потоков и отложений пеплопадов, движущиеся вниз по склону даже под очень небольшими углами с высокой скоростью. Из-за своей высокой плотности они способны перемещать большие объекты, такие как груженые лесовозы, дома, мосты и валуны. Их отложения обычно образуют второе кольцо веера обломков вокруг вулканических построек, причем внутренний веер представляет собой первичные отложения пепла. Ниже по течению от осаждения их самого тонкого груза лахары все еще могут представлять опасность наводнения из-за остаточной воды. Отложения Лахара могут высохнуть в течение многих месяцев, прежде чем по ним можно будет ходить. Опасности, связанные с деятельностью лахаров, могут существовать через несколько лет после крупного взрывного извержения.

Группа ученых из США разработала метод прогнозирования лахаров . Их метод был разработан путем анализа горных пород на горе. Ренье в Вашингтоне . Система предупреждения зависит от того, насколько свежие камни отличаются от старых. Свежие породы плохо проводят электричество и подвергаются гидротермальным изменениям под действием воды и тепла. Следовательно, если они знают возраст скал и, следовательно, их силу, они могут предсказать пути лахара. [11] Система акустических мониторов потока (AFM) также была установлена ​​на горе Рейнир для анализа подземных толчков, которые могут привести к лахару , обеспечивая более раннее предупреждение. [12]

Местные тематические исследования [ править ]

Ньирагонго [ править ]

Извержение горы Ньирагонго 17 января 2002 года было предсказано неделей ранее местным экспертом, который годами изучал вулканы. Он проинформировал местные власти, и в этот район была направлена ​​исследовательская группа ООН ; однако он был объявлен безопасным. К сожалению, после извержения вулкана 40% города Гома было разрушено вместе с средствами к существованию многих людей. Эксперт утверждал, что заметил небольшие изменения в рельефе местности и двумя годами ранее наблюдал извержение вулкана гораздо меньшего размера. Поскольку он знал, что эти два вулкана соединены небольшой трещиной, он знал, что гора Ньирагонго скоро извергнется. [13]

Гора Этна [ править ]

Британские геологи разработали метод предсказания будущих извержений вулкана Этна . Они обнаружили, что между событиями проходит 25 лет. Мониторинг событий глубинной коры может помочь точно предсказать, что произойдет в ближайшие годы. Пока они предсказывали, что между 2007 и 2015 годами вулканическая активность будет вдвое меньше, чем в 1972 году. [14] [ необходима цитата ]

Сакурадзима, Япония [ править ]

Сакурадзима , возможно, является одним из самых контролируемых районов на земле. Вулкан Сакурадзима находится недалеко от города Кагосима , в котором проживает более 500 000 человек. И Японское метеорологическое агентство (JMA), и вулканологическая обсерватория Сакурадзима (SVO) Киотского университета отслеживают активность вулкана. С 1995 года Сакурадзима извергался только со своей вершины без выброса лавы.

Методы мониторинга в Сакурадзиме:

  • О вероятной активности свидетельствует вздутие земли вокруг вулкана, когда внизу начинает накапливаться магма. В Сакурадзиме это отмечено подъемом морского дна в заливе Кагосима - в результате повышается уровень прилива.
  • Когда магма начинает течь, таяние и раскалывание основной породы можно определить как вулканические землетрясения. В Сакурадзиме они встречаются на глубине от двух до пяти километров под поверхностью. Подземный туннель наблюдения используется для более надежного обнаружения вулканических землетрясений.
  • Уровень грунтовых вод начинает изменяться, температура горячих источников может повыситься, а химический состав и количество выделяемых газов могут измениться. Датчики температуры помещаются в скважины, которые используются для определения температуры грунтовых вод. На Сакурадзиме используется дистанционное зондирование, поскольку газы очень токсичны - соотношение газообразного HCl и газообразного SO 2 значительно увеличивается незадолго до извержения.
  • По мере приближения извержения системы наклономеров измеряют минутные движения горы. Данные передаются в реальном времени в системы мониторинга SVO.
  • Сейсмометры обнаруживают землетрясения, которые происходят непосредственно под кратером, сигнализируя о начале извержения. Они происходят за 1–1,5 секунды до взрыва.
  • При прохождении взрыва система наклономера фиксирует оседание вулкана.

Эквадор [ править ]

Геофизика институт в Национальной политехнической школе в Кито находится международная группа сейсмологов и вулканологов [15] , чья обязанность заключается в том, чтобы следить за Ecuadors многочисленных активных вулканов в Андах Эквадора и в Галапагосских островах . Эквадор расположен в Огненном кольце, где происходит около 90% [16] землетрясений в мире и 81% [17] крупнейших землетрясений в мире. В геологи изучают эруптивную активность для вулканов в стране, особенно Tungurahuaвулканическая активность которого возобновилась 19 августа 1999 г. [18], и с тех пор произошло несколько крупных извержений, последнее из которых началось 1 февраля 2014 г. [19]

Смягчения [ править ]

Помимо предсказания вулканической активности, существуют весьма спекулятивные предложения по предотвращению взрывной вулканической активности путем охлаждения магматических очагов с использованием методов геотермального производства энергии. [20]

См. Также [ править ]

  • Десятилетие вулканов
  • Проект глубинной дегазации углерода
  • Прогноз землетрясения
  • Национальный институт геофизики и вулканологии
  • Геологическая служба США
  • Jökulhlaup
  • Ледяные каудроны

Заметки [ править ]

  1. ^ Инфразвуковая технология
  2. ^ Бернар Шуэ (28 марта 1996 г.) "Долгопериодическая сейсмичность вулкана: ее источники и использование в прогнозировании извержений", Nature , vol. 380, нет. 6572, страницы 309–316.
  3. ^ Интервью с Бернард Чует относительно его исследования в длиннопериодические события и извержения вулканов: «Essential Science Индикаторы» . Архивировано из оригинала на 2009-02-01 . Проверено 18 февраля 2009 . .
  4. ^ Американская телепрограмма об использовании долгопериодических явлений для прогнозирования извержений вулканов: «Нова: смертельное предупреждение вулкана»: https://www.pbs.org/wgbh/nova/volcano/ . См. Также эпизод «Вулкан ада» телесериала BBC «Горизонт» на ту же тему: http://www.bbc.co.uk/science/horizon/2001/volcanohell.shtml .
  5. ↑ Мейсон, Кристофер (1 марта 2006 г.). «Поющие айсберги» . Canadian Geographic . Проверено 11 декабря +2016 .
  6. ^ а б Айуппа, Алессандро; Моретти, Роберто; Федерико, Чинция; Джудиче, Гаэтано; Гурриери, Серджио; Люццо, Марко; Папале, Паоло; Шинохара, Хироши; Валенца, Мариано (2007). «Прогноз извержений Этны путем наблюдения за составом вулканического газа в режиме реального времени». Геология . 35 (12): 1115. Bibcode : 2007Geo .... 35.1115A . DOI : 10.1130 / G24149A.1 .
  7. ^ Моделирование деформации земной коры вблизи активных разломов и вулканических центров: Каталог моделей деформации Геологическая служба США
  8. ^ Шванднер, Флориан М .; Гансон, Майкл Р .; Миллер, Чарльз Э .; Карн, Саймон А .; Элдеринг, Аннмари; Крингс, Томас; Verhulst, Kristal R .; Schimel, David S .; Nguyen, Hai M .; Крисп, Дэвид; о'Делл, Кристофер В .; Остерман, Грегори Б .; Iraci, Laura T .; Подольске, Джеймс Р. (2017). «Космическое обнаружение локализованных источников углекислого газа» . Наука . 358 (6360): eaam5782. DOI : 10.1126 / science.aam5782 . PMID 29026015 . 
  9. ^ Houlie, N .; Komorowski, J .; Demichele, M .; Касерека, М .; Чираба, Х. (2006). «Раннее обнаружение изверженных дамб с помощью нормализованного индекса разницы растительности (NDVI) на Этне и Ньирагонго». Письма о Земле и планетах . 246 (3–4): 231–240. Bibcode : 2006E и PSL.246..231H . DOI : 10.1016 / j.epsl.2006.03.039 .
  10. ^ Матоза, Робин С .; Грин, Дэвид Н .; Ле Пишон, Алексис; Ширер, Питер М .; Плата, Дэвид; Миалле, Пьеррик; Серанна, Ларс (2017). «Автоматическое обнаружение и каталогизация глобального взрывного вулканизма с использованием инфразвуковой сети Международной системы мониторинга» . Журнал геофизических исследований: Твердая Земля . 122 (4): 2946–2971. DOI : 10.1002 / 2016JB013356 . ISSN 2169-9356 . 
  11. ↑ Кирби, Алекс (31 января 2001 г.). «Раннее предупреждение о вулканических селях» . BBC . Проверено 20 сентября 2008 .
  12. ^ Персонал. «Получатели награды WSSPC Awards in Excellence 2003» . Совет по сейсмической политике западных штатов. Архивировано из оригинального 20 -го июля 2008 года . Проверено 3 сентября 2008 .
  13. ^ http://news.bbc.co.uk/1/hi/world/africa/1777671.stm
  14. ^ "Ключи к будущим извержениям Этны" . BBC . 2003-05-01 . Проверено 16 мая 2016 .
  15. ^ Институт геофизики при Национальной политехнической школе
  16. ^ "USGS.gov - Огненное кольцо" . Earthquake.usgs.gov. 2012-07-24 . Проверено 13 июня 2013 .
  17. ^ Часто задаваемые вопросы Usgs (2013-05-13). "USGS.gov - Где происходят землетрясения?" . Earthquake.usgs.gov . Проверено 13 июня 2013 .
  18. ^ "Вулкан Тунгурауа извергается в Эквадоре" . NBC News. 19 августа 2012 г.
  19. ^ "Эквадорский вулкан Тунгурауа стреляет пеплом и лавой" . Ассошиэйтед Пресс. 2014-02-01.
  20. Рианна Кокс, Дэвид (17 августа 2017 г.). «Амбициозный план НАСА по спасению Земли от супервулкана» . BBC Future . BBC . Проверено 18 августа 2017 года .

Внешние ссылки [ править ]

  • WOVO (Всемирная организация вулканических обсерваторий)
  • IAVCEI (Международная ассоциация вулканологии и химии недр Земли)
  • SI (Смитсоновская программа глобального вулканизма)