Wzrost aktywności sejsmicznej, zmiany w emisji gazów albo nagłe odkształcenia gruntu – to niektóre z oznak wskazujących na zbliżający się wybuch wulkanu. Znamy je wszystkie, a mimo to dokładne przewidywanie kiedy nastąpi erupcja, jest zawsze bardzo trudne.

Po części jest to wina samych wulkanów – każdy zachowuje się nieco inaczej. Do tego z około 1500 aktywnych wulkanów tylko niektóre są na bieżąco monitorowane. W najbardziej sprzyjających okolicznościach naukowcy są w stanie przewidzieć erupcję do kilku dni przed jej nastąpieniem. A gdyby wiedzieli o tym miesiące, a nawet lata wcześniej?

Korzystając z danych satelitarnych, naukowcy z Jet Propulsion Laboratory (Laboratorium Napędu Odrzutowego, JPL) w Kalifornii, a także z UAF (University of Alaska Fairbanks) opracowali nową metodę, która zbliża nas do tej rzeczywistości. Badanie na ten temat zostało niedawno opublikowane w miesięczniku Nature Geoscience.

„Nowa metoda opiera się na pomiarze niewielkich, ale znaczących wzrostów emisji ciepła ponad terenem wulkanu w latach poprzedzających erupcję”, mówi Társilo Girona, obecnie profesor Uniwersytetu Alaski, Fairbanks. „Pozwala nam to dostrzec, że wulkan się budzi na długo, zanim pojawią się inne oznaki”.

Za pomocą MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometers, Spektrometry obrazujące średniej rozdzielczości) – instrumentów należących do wyposażenia satelitów NASA Terra i Aqua – zespół badawczy zanalizował ilość promieniowania cieplnego dla różnych typów wulkanów, które wybuchały w ciągu minionych dwóch dekad. Pomimo różnic między poszczególnymi wulkanami, wyniki były takie same: w ciągu kilku lat przed wybuchem temperatura ponad wulkanem podniosła się o jeden stopień Celsjusza w stosunku do normalnego poziomu. Po wybuchu temperatura z powrotem opadała.

„Nie mamy tu na myśli punktów czy plam gorąca, ale raczej ogrzewanie się dużych terenów, jakie zajmują wulkany”, powiedział Paul Lundgren z JPL. „Prawdopodobnie jest to związane z procesami zachodzącymi głęboko pod ziemią”.

Naukowcy sądzą, że wzrost ciepła może być rezultatem wzajemnego wpływu zbiorników magmy i systemów hydrotermalnych. Magma (stopione skały pod powierzchnią Ziemi) zawiera gazy. Kiedy magma, wewnątrz wulkanu, unosi się ku górze, gorące gazy przemieszczają się szybciej w stronę powierzchni i oddają ciepło do otoczenia. Ogrzewaniu terenu wokół wulkanu sprzyja podnoszenie się poziomu wód podziemnych, w szczególności tych gorących, które prowadzi do podwyższenia się temperatury gleby. Naukowcy nie wykluczają innych możliwości, ponieważ ich wiedza na temat działania wulkanów – z każdym rokiem większa – wciąż pozostaje niewystarczająca.

„Wulkany są ja pudełko czekoladek: mogą wyglądać podobnie, ale ich wnętrza różnią się od siebie”, powiedział Lundgren. „Na dodatek tylko kilka wulkanów jest dobrze obserwowanych, a niektóre z najbardziej niebezpiecznych to te, które wybuchają najrzadziej, co oznacza, że nie można polegać wyłącznie na danych historycznych”.

Aktywny stratowulkan Popocatépetl w Mesyku. Ostatnia aktywność 5.02.2020.

Łączenie danych

Nowa metoda może być stosowana samotnie, ale w połączeniu z innymi metodami obserwacji da jeszcze lepszy wgląd w to, jak działają i zachowują się wulkany.

W badaniu, opublikowanym w Scientific Records, podczas ubiegłego lata Lundgren użył danych satelitarnej interferometrii radarowej (InSAR), by zanalizować długotrwałą deformację wulkanu Domuyo w Argentynie. W tamtym czasie naukowcy nie byli pewni, czy Domuyo to uśpiony lub wygasły wulkan, czy zwykła góra. Badania Lundgrena szybko to wyjaśniły. Niespodziewanie wykrył on moment, w którym teren podniósł się nieco. Jest to ostatni etap procesu, w którym we wnętrzu wulkanu powstaje nowa lawa i unosi się ku górze, odsuwając skały na swojej drodze, co skutkuje właśnie podniesieniem terenu. Okazało się więc, że Domuyo zdecydowanie jest wulkanem – i do tego aktywnym.

Następnie Lundgren porównał czas deformacji gruntu z wykresami zmian termicznych – nad którymi pracuje Társilo Girona – stworzonymi dla wulkanu Domuyo. Celem Lundgrena było ustalenie, czy te dwa procesy są ze sobą połączone.

„Ustaliliśmy, że szeregi deformacji gruntu i zmian temperatury w czasie były do siebie bardzo podobne, dzielił je jedynie pewien odstęp czasowy”, powiedział Lundgren. „Choć nie jest jasne, który proces rozpoczyna się jako pierwszy, to poprzez ukazanie zależności między nimi możemy je połączyć na podstawie wyjaśnień opartych na fizyce, a nie jedynie obserwacjach”.

Innymi słowy, łączenie danych z różnych źródeł może dać lepsze zrozumienie procesów, które zachodzą głęboko wewnątrz wulkanu i tego, jak owe procesy wpływają na siebie nawzajem. Wynikiem będą dokładniejsze modele zachowań wulkanów, których naukowcy używają do przewidywania erupcji.

„Chociaż badanie nie odpowiada na wszystkie pytania, daje wgląd w nowe możliwości prowadzenia badań zdalnie, takich jak teledetekcja (remote sensing). Powinno to – szczególnie w wypadku odległych wulkanów – dostarczyć podstawowych informacji na temat konkurencyjnych hipotez dotyczących zachowania wulkanów w różnych skalach czasowych – od miesięcy i lat aż do dziesięcioleci”, dodał Lundgren.

Wulkan Mount Redoubt na Alasce podczas erupcji w 2009 roku.

Patrząc w przyszłość

W nadchodzących latach naukowcy przetestują metodę polegającą na obserwacjach serii zmian temperatury w czasie na większej liczbie wulkanów i dopracują ją, by stała się bardziej precyzyjna.

„Jednym z celów jest uzyskanie narzędzia, które pozwoli nam na bieżąco wykrywać aktywność wulkaniczną” mówi Girona. „Nawet w wypadku niewielkich erupcji zmiany temperatury będą widoczne, zanim rozpocznie się sama erupcja, więc nowa metoda przybliża nas do osiągnięcia tego celu”.

Te dane nie tylko uzupełnią istniejące już metody monitorowania wulkanów, ale również znacząco zwiększą liczbę wulkanów, dla których dane będą gromadzone, co – potencjalnie – może nawet ratować życia.

„Stosowanie nowej metody, która wykrywa zmiany w temperaturze powierzchni ziemi w pobliżu wulkanów i pomiarów InSAR – dotyczących deformacji terenu – daje obserwatorom wulkanów na całym świecie możliwość ustalenia, które wulkany najprawdopodobniej wybuchną i które należy obserwować dokładniej” powiedział Lundgren. „Korzystając z danych satelitarnych, zwiększamy zakres tego, co dotychczas mogliśmy obserwować”.

A co do zaprezentowanego w badaniach wulkanu Domuyo – nie jest już, jak wcześniej, ignorowany. Co więcej, stał się jednym z kilku wulkanów Argentyny, które zostaną objęte stałym monitoringiem.

Wulkan Domuyo w Argentynie. Szczyt góry przesłonięty chmurami.

Autor

Matylda Kołomyjec