Кіріспе

Вулканикалық белсенділікті болжау үшін зерттеулер Вулканикалық белсенділікті болжау және вулканның атылуының болжауы - бұл вулканның атылуының уақыты мен ауырлығын болжау үшін салааралық бақылау және зерттеу жұмыстары. Әсіресе, қауіпті атылулардың алдын алу маңызды, бұл адам өмірінің, мүліктерінің апатты жоғалуына және адам қызметінің бұзылуына әкелуі мүмкін. Тәуекел мен белгісіздік болжам мен болжаудың негізгі бөлігі болып табылады, олар жанартаулар жағдайында міндетті түрде бірдей емес, бірақ екеуінің де өткен және қазіргі деректерге негізделген процесі бар.

Вулкандық сейсмологияның жалпы қағидалары

Сейсмикалық белсенділік (жер сілкінісі мен сілкінісі) вулкандар оянған кезде және атылуға дайындалғанда әрқашан пайда болады және атылулардың өте маңызды байланысы болып табылады. Кейбір жанартаулар әдетте сейсмикалық белсенділіктің төмен деңгейін жалғастырады, бірақ оның өсуі атылудың үлкен ықтималдығын білдіруі мүмкін. Жер сілкінісінің қай түрі пайда болатыны, қайдан басталып, қай жерде аяқталатыны да маңызды белгілер болып табылады. Вулканикалық сейсмиканың үш негізгі түрі бар: қысқа мерзімді жер сілкінісі, ұзақ мерзімді жер сілкінісі және гармоникалық діріл. Қысқа уақытқа созылатын жер сілкіністері қалыпты ақаулықтар туғызатын жер сілкіністері сияқты. Олар магма көтеріліп, сынық тау жыныстарының сынықтарынан пайда болады. Бұл қысқа мерзімді жер сілкіністері жер бетіндегі магма дененің өсуін білдіреді және олар "А" толқындары деп аталады. Сейсмикалық оқиғалардың бұл түрін көбінесе вулкандық тектоникалық (немесе VT) оқиғалар немесе жер сілкіністері деп те атайды. Ұзақ уақытқа созылған жер сілкінісі вулканның су құбыры жүйесіндегі газ қысымының артуын көрсетеді деп есептеледі. Бұл дыбыстар кейде үйдің су құбырынан естілетін "су балғасы" деп аталатын дыбысқа ұқсас. Бұл тербелістер магма камералары жағдайында жанартаулық күмбездегі акустикалық тербелістерге тең және олар "B" толқындары деп аталады. Бұларды резонанстық толқындар және ұзақ мерзімді резонанстық оқиғалар деп те атайды. Гармониялық сілкіністер көбінесе магманың жер бетіндегі тау жынысына қарсы соғу нәтижесінде пайда болады. Кейде олар адамдар мен жануарлар үшін ыңғырастыру немесе ыңғырау сияқты сезінетіндей күшті болуы мүмкін, сондықтан да бұл атау. Сейсмикалық өрнектер күрделі және жиі түсіндіру қиын; дегенмен, сейсмикалық белсенділіктің артуы, әсіресе ұзақ мерзімді оқиғалар басым болып, гармоникалық діріл эпизодтары пайда болса, атылу қаупі артуының жақсы көрсеткіші болып табылады. Осыған ұқсас әдісті қолдану арқылы зерттеушілер вулканның атылып шығуын 20 Гц-тен төмен инфрақүнімен бақылай алады. Бұрын ядролық сынақтарға тыйым салу туралы келісімдерге сәйкестікті тексеру үшін құрылған IMS Global Infrasound Network жүйесінде дүние жүзінде атылып жатқан жанартауларды анықтау және олардың орнын анықтау үшін жұмыс істейтін 60 станция бар.

Сейсмикалық іс-шаралар

Ұзақ мерзімді оқиғалар мен жақын арада болатын жанартаулық атылулардың арасындағы байланыс алғаш рет 1985 жылы Колумбиядағы Невадо-дель-Руис вулканының атылуының сейсмикалық жазбаларында байқалды. Кейін ұзақ мерзімді оқиғалардың пайда болуы 1989 жылы Аляскадағы Редут тауының және 1993 жылы Колумбиядағы Галерас вулканының атылуының алдын ала болжау үшін пайдаланылды. 2000 жылдың желтоқсан айында Мексикадағы апаттардың алдын алу ұлттық орталығының ғалымдары екі күннің ішінде Мексика қаласының шетіндегі Попокатепеттельде вулканның атылуы мүмкін екенін болжады. Олардың болжамы АҚШ-тың геологиялық зерттеулер бюросында жұмыс істейтін швейцариялық вулканолог Бернард Шоуеттің зерттеулерін пайдаланды. Үкімет он мыңдаған адамды эвакуациялады; 48 сағаттан кейін жанартау болжалғандай атылды. Бұл Попокатепельдің мыңжылдықтағы ең үлкен атылуы болды, бірақ ешкім зардап шекпеді.

Мұз тауларының сілкінісі

Мұз тауларының сілкінісі мен жанартаудың сілкінісі арасындағы ұқсастық сарапшыларға жанартаудың атылуын алдын ала болжаудың жақсы әдісін жасауға көмектеседі. Мұз тауларының құрылымы жанартауларға қарағанда қарапайым болса да, олармен жұмыс істеу физикалық жағынан оңай. Жанартау мен мұз тауларының сілкінісі арасындағы ұқсастықтар ұзақ уақытқа созылады және амплитудасы, сондай-ақ жиіліктегі жалпы ауысулар.

Газ шығарындылары

Магма жер бетіне жақындаған сайын, оның қысымы төмендейді, газдар шығады. Бұл процесс газды сусынды бөтелкесін ашқанда көмірқышқыл газы шығатын жағдайға ұқсас. Күкірт диоксиді - вулкандық газдардың негізгі құрамдас бөліктерінің бірі, оның санының өсуі жер бетіне жақын магманың санының өсуін білдіреді. Мысалы, 1991 жылдың 13 мамырында Филиппиндегі Пинатубо тауынан күкірт газының саны көбейіп кетті. Екі аптадан кейін, 28 мамырда күкірт диоксиді шығарындылары 5000 тоннаға дейін көбейді, бұл бұрынғыдан он есе көп. Кейін 1991 жылдың 12 маусымында Пинатубо тауы атқылады. Бірнеше рет, мысалы Пинатубо тауының атылуы мен 1993 жылғы Галерас, Колумбия атылуынан бұрын, күкірт диоксиді шығарындылары атылу алдындағы төмен деңгейге дейін төмендеді. Ғалымдардың көбі газдың төмендеуіне магманың газды өткізбейтін жолдарды жапқаны себепші болады деп есептейді. Мұндай оқиға жанартаудың су құбыры жүйесіндегі қысымның артуына және жарылыс қаупі жоғарылауына әкеледі. Көп компонентті газды талдау жүйесі (Multi GAS) - вулкандық газды нақты уақыт режиміне сәйкес жоғары ажыратылымдықты өлшеу үшін қолданылатын аспаптар жиынтығы. CO2/SO2 қатынастарын бірнеше газ өлшеулер магмалардың көтерілу алдындағы газсыздандыруды анықтауға мүмкіндік береді, бұл жанартаулық белсенділікті болжауды жақсартады.

Жаппай қозғалыстар мен жаппай сәтсіздіктер

Бұқаралық қозғалыстар мен ақауларды бақылау сейсмологиядан (геофондар), деформациядан және метеорологиядан қарыз алу әдістерін қолданады. Жер сілкінісі, тау жыныстары құлауы, пирокластикалық ағындар және саз ағыны (лахарлар) - атылу алдында, оның кезінде және кейін жанартау материалдарының жаппай бұзылуының мысалы. Ең танымал жанартаулық жер сілкінісі, бәлкім, Маунт-Армстронг таудың алдындағы магмадан пайда болған бүгілудің сынығы болуы мүмкін. 1980 жылы Сент-Хеленс вулканының атылуы кезінде жер сілкінісі жағалаудағы магмалық кірпішті "алып тастады", бұл апатты сәтсіздікке және күтпеген жақты атылу жарылысына әкелді. Тас құлау жиі деформация кезеңінде пайда болады және аспаптық бақылау болмаған кезде белсенділіктің артуының белгісі болуы мүмкін. Лахарлар - бұл пирокластикалық ағыстар мен күл құйылу шөгінділерінен алынған гидратацияланған күл шөгінділері, олар тіпті өте терең бұрыштарда жоғары жылдамдықпен төмен қарай қозғалады. Олардың тығыздығы жоғары болғандықтан, олар ағаш кесуші жүк көліктері, үйлер, көпірлер және тас тас сияқты үлкен заттарды жылжыта алады. Олардың жинақтауы, әдетте, жанартаулық ғимараттардың айналасында қалдықтар желдеткіштерінің екінші сақинасын құрайды, ішкі желдеткіш негізгі күл жинақтауы болып табылады. Лахарлар өздерінің ең жақсы жүктемелерін жинағаннан кейін, қалдық судан су тасқыны қаупі болуы мүмкін. Лахар кен орындарынан адам жүре алатын уақытқа дейін олардың кеуіп кетуіне бірнеше айлар кетеді. Лахардың белсенділігінен туындайтын қауіптер ірі жарылыс болғаннан кейін бірнеше жыл бойы болуы мүмкін. АҚШ ғалымдары лахарды болжау әдісін әзірледі. Олардың әдісі Вашингтонның Рейнер тауындағы тау жыныстарын талдау арқылы жасалды. Ескерту жүйесі жаңа және ескі жыныстардың айырмашылығын байқауға байланысты. Жаңа пайда болған тау жыныстары электр тогын жақсы өткізбейді, су мен жылу гидротермиялық өзгерістерге ұшырайды. Сондықтан, егер олар тау жыныстарының жасын білетін болса, және соған байланысты олардың күшін білетін болса, олар лахардың жолын болжауға болады. Раниер тауында лахар пайда болуы мүмкін жер сілкіністерін талдау үшін акустикалық ағынды бақылау жүйесі (ААМ) орнатылды.

Нирагонго

2002 жылдың 17 қаңтарында Нирагонго тауының атылып шығуын бірнеше жыл бойы вулканды зерттеген жергілікті сарапшы бір апта бұрын алдын ала айтқан болатын. Ол жергілікті билікті хабардар етті және БҰҰ зерттеу тобы сол аймаққа жіберілді; алайда ол қауіпсіз деп жарияланды. Өкінішке қарай, жанартау атылған кезде Гома қаласының 40%-ы және көптеген адамдардың тіршілігі жойылған. Сарапшы жергілікті рельефте кішкене өзгерістер байқалғанын және екі жыл бұрын әлдеқайда кіші вулканның атылуын бақылағанын мәлімдеді. Ол бұл екі жанартаудың бір-бірімен кішкентай жарылыс арқылы байланыста екенін білгендіктен, Нирагонго тауының жуырда атылатынын білді.

Этна тауы

Британдық геологтар Этна тауының болашақта атылып шығуын болжау әдісін әзірледі. Олар оқиғалар арасында 25 жыл аралық бар екенін анықтады. Жер қыртысының терең жерінде болып жатқан оқиғаларды бақылау алдағы жылдарда не болатынын дәл болжауға көмектеседі. Осы уақытқа дейін олар 2007-2015 жылдар аралығында жанартау белсенділігі 1972 жылғыдан жартылай төмен болады деп болжаған. Жанартау белсенділігін болжаудың басқа әдістері CO2/SO2 қатынасының өсуін зерттеу. Бұл қатынастар магма камераларының жарылу алдындағы газсыздандырылуын көрсетеді. Зерттеушілер тобы Этна тауының көмегімен H2O, CO2 және SO2 сияқты газдарды бақылады. Бұл топ 2006 жылдың шілде және желтоқсан айларында Этна тауының атылып шығуының алдындағы уақытты бақылады. Бұл СО2/СО2 қатынастары пайдалы, өйткені бұл қатынастардың өсуі газға бай магмалардың жылдамдауынан болатын алдағы атылулардың алғысы болып табылады және магма камерасын толтырады. Екі жыл бойы жүргізілген бақылаулар барысында бұл көрсеткіштің өсуі алдағы атылулардың алдын ала болжауы болып табылады. H2O, CO2 және SO2 өлшеу вулкандық белсенділікті, әсіресе Этна тауында болжау үшін пайдалы әдіс бола алады деген қорытындыға келді. Этна тауының жанартаулық белсенділігін болжау 4D микрогравитациялық талдаумен де пайдаланылуы мүмкін. Бұл талдау GPS және синтетикалық диафрагмалық радиолокациялық интерферометрияны (InSAR) пайдаланады. Ол тығыздықтағы өзгерістерді өлшеуге және кейіннен магма қозғалысы мен жанартау жүйесінде болатын кеңістіктік масштабтарды көрсетуге арналған модельді алуға болады. 2001 жылы гравитациялық модельдер Этна тауының массасының 2,5×1011 кг-ға азаюын анықтады. Ақырында, кенеттен бұрқасын көбейту болды. Бұл магманың азаюын өтейтін жанартау, оны өз аймағынан көбірек алып, су құбыры жүйесінің жоғарғы деңгейлеріне әкелді. Осы қалпына келтірудің нәтижесінде жарылыс болды. Бұл топ жүргізген микрогравитациялық зерттеулер магма және газдың магма камерасындағы кез келген жарылыс алдындағы көшіп-қонуын көрсетеді, бұл жанартаулық белсенділікті болжау үшін пайдалы әдіс болуы мүмкін.

Жеңілдіктер

Жанартау белсенділігін болжаудан тыс, геотермалды энергия өндіру әдістерін қолдана отырып, магма камераларын салқындату арқылы жарылғыш жанартау белсенділігін болдырмау туралы өте болжамдық ұсыныстар бар.