WikiDer > Прогноз вулканической активности

Прогноз извержения вулкана, или же прогноз извержения вулкана, представляет собой междисциплинарный мониторинг и исследование для прогнозирования времени и степени тяжести извержение вулкана. Особое значение имеет прогнозирование опасных извержений, которые могут привести к катастрофическим человеческим жертвам, материальному ущербу и нарушению деятельности человека.

Mount St. Helens произошло взрывное извержение 18 мая 1980 г. в 8:32 по московскому времени.

Сейсмические волны (сейсмичность)

Общие принципы сейсмологии вулканов

• Сейсмическая активность (землетрясения и толчки) всегда происходит, когда 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, которые происходят, и где они начинаются и заканчиваются, также являются ключевыми признаками. Вулканическая сейсмичность имеет три основных вида: короткопериодическое землетрясение, длительное 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». Сейсмические события такого типа 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 слышен в водопроводной системе дома, который известен как "гидроудар". Эти колебания эквивалентны акустическим колебаниям в очаге в контексте магматических очагов внутри вулканического купола и известны как волны" B ". Они также известны как резонанс волны и длиннопериодные резонансные явления.
• Гармонические треморы 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, первоначально 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 тематические исследования

Связь между долгопериодическими событиями и надвигающимися извержениями вулканов впервые была обнаружена в сейсмических записях извержения вулкана 1985 г. Невадо-дель-Руис в Колумбии. Возникновение долговременных событий затем использовалось для предсказания извержения 1989 г. Гора Редут на Аляске и извержение 1993 г. Галерас в Колумбии. В декабре 2000 г. ученые из Национальный центр по предотвращению бедствий в Мехико предсказал извержение в течение двух дней на Popocatépetl, на окраине Мехико. В их прогнозе использовались исследования, проведенные Бернар Шуэ, швейцарский вулканолог, работавший в Геологическая служба США и кто первым заметил связь между длительными событиями и неизбежным 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.

Толчки айсберга

Сходства между айсберг тремор, которые происходят, когда они садятся на мель, и вулканические толчки могут помочь экспертам разработать лучший метод прогнозирования извержения вулканов. Хотя айсберги имеют гораздо более простую структуру, чем вулканы, с ними физически легче работать. Сходства между вулканическими толчками и толчками айсбергов включают в себя длительность и амплитуды, а также общие сдвиги в частоты.^[5]

Выбросы газа

Шлейф газа и пепла извергся 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. Диоксид серы является одним из основных компонентов вулканических газов, и увеличение его количества предвещает приближение все большего количества магмы к поверхности. Например, 13 мая 1991 г. все большее количество диоксида серы выделялось из Гора Пинатубо в Филиппины. 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 1993 г. Галерас, 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 увеличению давления в водопроводной системе вулкана и увеличению вероятности взрывного извержения. А система многокомпонентного газоанализатора (Multi-GAS) - это пакет инструментов, используемый для измерения с высоким разрешением в реальном времени шлейфов вулканического газа.^[6] Многогазовые измерения CO₂/ТАК₂ соотношения могут позволить обнаруживать предэруптивную дегазацию поднимающихся магм, улучшая предсказание вулканической активности.^[6]

Деформация грунта

Набухание вулкана свидетельствует 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 тремором, является признаком с высокой вероятностью надвигающегося события. Деформация Mount St. Helens до 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 происходит из-за неглубокого магматического очага Гавайских вулканов; движение магмы легко заметить на земле выше.^[7]

Температурный мониторинг

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:

• перспективная инфракрасная радиометрия (FLIR) с портативных устройств, установленных на месте, на расстоянии или в воздухе;
• инфракрасный группа спутник образы;
• на месте термометрия (горячие источники, фумаролы)
• поток горячего воздуха карты
• геотермальный колодец энтальпия изменения

Гидрология

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 показывает, что фактическое извержение может быть неизбежным. Большая часть наносов переносится из водоразделов, нарушенных вулканами, в периоды сильных дождей. Это может быть признаком морфологических изменений и повышенной гидротермальной активности при отсутствии 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

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.

• 'Облако зондирования: 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.
• 'Датчик газа: Двуокись серы также может быть измерена дистанционным зондированием на тех же длинах волн, что и озон. Спектрометры для картирования общего озона (TOMS) может измерять количество газообразного диоксида серы, выделяемого вулканами при извержениях. Выбросы углекислого газа из вулканов были обнаружены в коротковолновой инфракрасной области с использованием НАСА Орбитальная углеродная обсерватория 2.^[8]
• Тепловое зондирование: Присутствие новых значительных тепловых сигнатур или «горячих точек» может указывать на новое нагревание земли перед извержением, представлять собой происходящее извержение или наличие совсем недавних вулканических отложений, включая потоки лавы или пирокластические потоки.
• Определение деформации: Данные спутникового пространственного радара могут использоваться для обнаружения долгосрочных геометрических изменений в вулканическом сооружении, таких как поднятие и депрессия. В этом методе интерферометрический радар с синтезированной апертурой (InSAR), цифровые модели рельефа генерируемые 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 предполагает использование инфразвуковых датчиков из инфразвуковой сети Международной системы мониторинга (МСМ). Этот метод обнаружения принимает сигналы от нескольких датчиков и использует триангуляция для определения места извержения.^[10]

Массовые движения и массовые неудачи

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.

Самый известный вулканический оползень Вероятно, это было провалом выпуклости, образовавшейся в результате вторжения магмы перед горой. Извержение острова Сент-Хеленс в 1980 году, этот оползень «откупорил» неглубокое магматическое вторжение, вызвав катастрофический отказ и неожиданный боковой извержение. Rock Falls часто возникают 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 США разработала метод прогнозирования лахары. Их метод был разработан путем анализа горных пород на Mt. Ренье в Вашингтон. Система предупреждения зависит от того, как можно отличить свежие камни от старых. Свежие породы плохо проводят электричество и подвергаются гидротермальным изменениям под воздействием воды и тепла. Следовательно, если они знают возраст скал и, следовательно, их силу, они могут предсказать пути лахара.^[11] Система Акустические мониторы потока (AFM) также был установлен на горе Рейнир для анализа подземных толчков, которые могут привести к лахар, обеспечивая более раннее предупреждение.^[12]

Местные тематические исследования

Ньирагонго

Извержение Гора Ньирагонго 17 января 2002 г. было предсказано неделей ранее местным экспертом, который годами изучал вулканы. Он проинформировал местные власти и ООН на место была отправлена ​​исследовательская группа; однако он был объявлен безопасным. К сожалению, когда произошло извержение вулкана, 40% города Гома был разрушен 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

Британские геологи разработали метод предсказания будущих извержений Гора Этна. Они обнаружили, что между событиями проходит 25 лет. Мониторинг событий глубокой 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][нужна цитата]}

Сакурадзима, Япония

Сакурадзима возможно, одна из самых контролируемых областей на земле. Вулкан Сакурадзима находится недалеко от Кагосима, население которого превышает 500 000 человек. И Японское метеорологическое агентство (JMA), и Киотский университетВулканологическая обсерватория Сакурадзима (SVO) отслеживает 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 расщепление 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 меняться, 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 HCl газ для ТАК₂ газ 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

Институт геофизики Национальная политехническая школа в Кито находится международная команда сейсмологи и вулканологи^[15] чья обязанность - контролировать Эквадоры многочисленные действующие вулканы в горы Анды Эквадора и в Галапагосские острова. Эквадор расположен в Огненное кольцо где около 90%^[16] землетрясений в мире и 81%^[17] крупнейших землетрясений в мире. В геологи изучать извержение вулканов в стране, особенно Тунгурауа вулканическая активность которого возобновилась 19 августа 1999 г.,^[18] и несколько крупных извержений с того периода, последнее началось 1 февраля 2014 года.^[19]

Смягчения

Помимо предсказания вулканической активности, существуют весьма спекулятивные предложения по предотвращению взрывной вулканической активности путем охлаждения магматические очаги с помощью геотермальная энергия техники генерации.^[20]

Смотрите также

• Десятилетие вулканов
• Проект глубинной дегазации углерода
• Прогноз землетрясения
• Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia
• Геологическая служба США
• Jökulhlaup
• Ледяные каудроны

Примечания

внешняя ссылка

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