За допомогою лазерів можна полегшити прогнозування виверження вулканів

Коли ви чуєте новини про вулкани, що вивергають лаву та попіл, ви можете хвилюватися за людей, які живуть поруч. Насправді, майже кожна десята людина у світі живе в межах 100 кілометрів від діючого вулкану. Для тих, хто живе поблизу вулканів, займається сільським господарством на їхніх родючих ґрунтах або відвідує їхні мальовничі краєвиди, дуже важливо розуміти причини виверження вулканів.

Чому відбувається виверження вулкану? Як розвиватиметься виверження? Коли воно закінчиться?

Нове дослідження, опубліковане [5 липня] в журналі Science Advances, застосовує лазерну технологію для зчитування хімічного складу виверженої магми з плином часу.

Оскільки хімічний склад магми впливає на її плинність, вибуховість і потенційну небезпеку, наша робота може допомогти в майбутньому моніторингу та прогнозуванні еволюції вулканічних вивержень.

Розберемось у хімічному складі виверженого розплаву

Магма – розплавлена гірська порода – складається з рідини (відомої як “розплав”), газу та кристалів, які ростуть, коли температура магми падає під час її руху до поверхні Землі.

Коли магма вивергається і перетворюється на потік лави, вона вивільняє газ (який містить водяну пару, вуглекислий газ, діоксид вуглецю, сірки та інші сполуки) і охолоджується, перетворюючись на вулканічну породу.

Ця порода містить кристали, що повільно охолоджуються всередині вулкана, вбудовані в більш дрібну гірську матрицю, яка швидко охолоджується на поверхні.

В результаті вулканічні породи можуть бути схожими на шоколад “кам’яниста дорога”. Кристали, що утворюються в нутрощах вулкану, є чудовими архівами підготовки до виверження.

Однак кристали можуть заважати, коли ми хочемо зосередитися на розплаві, який виносить їх на поверхню, і на тому, як властивості розплаву змінюються протягом виверження.

Щоб виокремити сигнал розплаву, ми використали ультрафіолетовий лазер, подібний до тих, що застосовуються в хірургії ока, щоб підірвати кам’яну матрицю між більшими кристалами.

Потім ми проаналізували згенеровані лазером частинки за допомогою мас-спектрометрії, щоб визначити хімічний склад вулканічної матриці. Цей метод дозволяє проводити швидкий хімічний аналіз.

Це дає змогу швидше і детальніше визначити хімічний склад розплаву та його еволюцію в часі порівняно з традиційним аналізом всієї породи або копітким відокремленням фрагментів матриці та кристалів від зразків подрібненої породи.

Навіть якщо ми називаємо кристали “великими”, вони часто бувають розміром з крупинку солі (або з нут, якщо пощастить!), і їх важко вилучити.

Згадаємо руйнівну катастрофу на Канарських островах

Дослідження було присвячене виверженню вулкану Ла-Пальма у 2021 році – найбільш руйнівному виверженню вулкану на Канарських островах за всю історію спостережень.

З вересня по грудень 2021 року загалом 160 мільйонів кубометрів лави накрили понад 12 квадратних кілометрів землі. Воно зруйнувало понад 1 600 будинків, змусило евакуювати понад 7 000 людей і завдало збитків на суму понад 860 мільйонів євро (1,4 мільярда австралійських доларів).

Було проаналізовано зразки лави, які систематично збирали співробітники в Іспанії протягом трьох місяців виверження.

Це цінні зразки, оскільки ми знаємо точний день виверження, а багато місць відбору проб зараз вкриті пізнішою лавою, що утворилася під час виверження.

Використовуючи лазерний метод, науковці змогли побачити зміни в хімічному складі лави, пов’язані зі змінами в землетрусах і викидах діоксиду сірки, а також зі стилем виверження і пов’язаними з ним небезпеками.

Це включало перехід від густої лави, яка діяла як бульдозер на початку виверження, до рідкої лави, яка створювала швидкі лавові річки і лавові тунелі на більш пізній стадії виверження.

Дослідниками також було виявлено ключову зміну в хімічному складі лави приблизно за два тижні до закінчення виверження, що свідчить про охолодження магми через зменшення її надходження.

Подібні зміни можна буде відстежувати як сигнал згасання виверження в майбутніх виверженнях по всьому світу.

Прогнозування вулканічної активності

Поки що ми не можемо запобігти виверженню вулканів, і поки що не можемо подорожувати всередині них, як колись передбачав французький письменник-фантаст Жюль Верн. Але моніторинг вулканів значно покращився за останні кілька десятиліть, що дозволило нам опосередковано “зазирнути” всередину вулканів і краще прогнозувати їхню активність.

Дослідницька робота спрямована на створення лабораторного інструменту для тестування зразків вулканічних порід, зібраних під час майбутніх вивержень. Мета – прочитати еволюцію вивержень, зрозуміти, чому вони починаються і коли закінчаться.

Оскільки в будь-який момент часу в світі вивергається близько 50 вулканів, незабаром ви побачите в новинах повідомлення про виверження ще одного вулкана. Цього разу ви можете розглянути важливість науки про вулкани для покращення нашого розуміння того, як працюють вулкани і що спонукає їх до виверження, щоб захистити людей навколо них.