Введение

Вулканический конус в Хеймаэе, Исландия

Эльdfелль – вулканический конус высотой чуть более 200 метров на исландском острове Хеймаэй. Он образовался в результате вулканического извержения, которое началось без предупреждения на восточной стороне Хеймаэя, в Вестманских островах, 23 января 1973 года. Название в переводе с исландского означает «Огненный холм». Извержение вызвало серьезный кризис для острова и привело к его временной эвакуации. Вулканический пепел выпал на большую часть острова, разрушив около 400 домов, а лавовый поток угрожал перекрыть гавань – главный источник дохода острова, обеспечиваемый рыболовным флотом. Была предпринята операция по охлаждению надвигающегося потока лавы путем перекачки на него морской воды, что позволило успешно предотвратить потерю гавани. После извержения жители острова использовали тепло, выделяемое охлаждающимися потоками лавы, для получения горячей воды и выработки электроэнергии. Они также использовали часть обширной тефры – вулканического материала, выброшенного в воздух, – для расширения взлетно-посадочной полосы небольшого аэропорта острова и в качестве основания для строительства 200 новых домов.

Предыстория

Исландия – регион с частой вулканической активностью, обусловленной её расположением на Срединно-Атлантическом хребте, где Североамериканская и Евразийская плиты расходятся, а также над Исландским горячим пятном, которое значительно усиливает вулканизм. По оценкам, треть всей базальтовой лавы, извергнувшейся в мире за всю историю наблюдений, была произведена исландскими извержениями. Архипелаг Вестманнейяр (Вестманские острова) расположен у южного побережья Исландии и состоит из нескольких небольших островов, все они образованы извержениями в голоценовую эпоху. Хеймей, самый большой остров в архипелаге и единственный обитаемый, также содержит материалы плейстоценового периода. Самой заметной чертой Хеймея до 1973 года был Хельгафелл – вулканический конус высотой 200 метров, образовавшийся в результате извержения около 5000 лет назад. Архипелаг Вестманнейяр был заселён примерно в 874 году н.э., первоначально беглыми рабами с островов, принадлежавшими скандинавским поселенцам на материке. Эти поселенцы дали островам своё название, поскольку Британия и Ирландия находятся к западу от континентальной Скандинавии. Несмотря на проблемы с водоснабжением и пиратством на протяжении большей части своей истории, Хеймей стал важнейшим центром исландской рыболовной промышленности, располагая одной из немногих удобных гаваней на южном побережье страны и находясь в очень богатых рыболовных районах.

Вспышка начинается

Около 20:00 21 января 1973 года вокруг Хеймаэя началась серия небольших толчков. Они были слишком слабыми, чтобы их почувствовали жители острова, но сейсмическая станция, расположенная вдали, недалеко от материка, зафиксировала более 100 сильных толчков между 01:00 и 03:00 22 января, которые, по-видимому, исходили с юга Хеймаэя. Толчки продолжались с уменьшенной частотой до 11:00 этого дня, после чего прекратились до 23:00 вечера. С 23:00 до 01:34 23 января было зарегистрировано семь толчков, которые становились все более поверхностными и интенсивными, а эпицентр приближался к городу Вестманнаэйяр. Самый сильный толчок составил 2,7 балла по шкале Рихтера. Небольшие толчки очень распространены в зонах разломов, и ничто не указывало на то, что они предвещают крупное извержение. Поэтому начало извержения было практически полностью неожиданным. Около 01:55 23 января на восточной стороне острова образовалась трещина, менее чем в километре от центра города Хеймаэй, примерно в 200 метрах к востоку от Киркьюбэра (церковного хозяйства), где когда-то располагалась церковь острова. Трещина быстро увеличилась с 300 метров до длины , пересекая остров от одного берега к другому. Подводная активность также наблюдалась у берега в северной и южной частях трещины. Вдоль всей трещины происходило впечатляющее фонтанирование лавы высотой от 50 до 150 метров. Шлейф извержения, вызвавший выпадение пепла, "иногда поднимался до 9000 метров (30 000 футов), то есть почти до тропопаузы". К началу мая высота потока лавы составляла от до . В среднем его толщина превышала , а в некоторых местах достигала . Поток уносил крупные обломки от основного конуса, который разрушался, а также вулканические бомбы. "Вязкость лавовых фрагментов, выброшенных взрывами, была относительно высокой для базальта. Образовалось очень мало брызг, а шлаковые бомбы иногда взрывообразно разрушались в полете (вероятно, из-за быстрой везикуляции) и при ударе о землю". Вулканические газы были собраны в нескольких точках. Газы, собранные в море вдоль подводной части активной извергающей трещины, состояли преимущественно из углекислого газа, а газы от охлаждающихся подводных потоков лавы – примерно на 70% из водорода. (Ричард и Джеймс, 1983) Ядовитые газы были обнаружены в низинах восточной части Вестманнаэйяр. Между жерлом и городом была построена стена для отвода газов, а для выхода пара была вырыта длинная траншея. Однако ни одна из этих мер не оказалась полностью эффективной. (Ричард и Джеймс, 1983)

Эвакуация

В первые часы извержения Исландская государственная организация гражданской обороны эвакуировала все население Хеймаэй, предварительно разработав планы эвакуации на случай подобной чрезвычайной ситуации. Эвакуация была необходима, поскольку потоки лавы уже медленно двигались в восточную часть города, и всему небольшому острову угрожала высокая вероятность выпадения большого количества пепла. К началу мая около 300 зданий были поглощены потоками лавы или выгорели, а 60-70 домов были погребены под тефрой (Richard & James, 1983). Поскольку Хеймаэй обеспечивал около 3% ВНП Исландии, влияние на экономику всей страны было бы значительным. Усилия по предотвращению потери порта описаны ниже. Потоки лавы также вышли в море к востоку от острова, создавая новую землю, которая в конечном итоге увеличила бы площадь острова, и в восточные районы города, разрушив несколько сотен домов. Потоки представляли собой толстые и блочные потоки аа-лавы (исландский: apalhraun), покрывавшие землю в среднем на 40 метров (130 футов), а в некоторых местах – до 100 метров (330 футов) в толщину. В дальнейшем извержении напор лавы уничтожил один рыбоперерабатывающий завод и повредил два других, а также разрушил городскую электростанцию. Несмотря на близость извержения к городу и значительный ущерб имуществу, к извержению можно было отнести лишь один смертельный случай – мужчина, проникший в аптеку за наркотиками, был отравлен токсичными газами. Углекислый газ с небольшим количеством ядовитых газов концентрировался во многих зданиях, частично погребенных под тефрой, и несколько других людей пострадали, войдя в эти здания. Для снижения опасности, связанной с накоплением ядовитых газов, были возведены большие стены из тефры для отвода газов от города и вырыта траншея для отвода CO2 (углекислого газа). Эти защитные сооружения оказались лишь частично эффективными, поскольку они основывались на предположении, что газы выделялись в жерле и поступали в город оттуда. Считается, что по крайней мере часть CO2 образовалась глубоко в вулканическом канале и просачивалась через старые вулканические породы, поднимаясь непосредственно в город.

Операции охлаждения лавы

Возможность отсечения гавани потоками лавы была самой серьезной угрозой для города. Один из разработанных планов на случай закрытия гавани заключался в прорытии узкой песчаной косы на северной стороне острова, чтобы создать новый канал в гавань, но надеялись, что замедление потока лавы сделает это ненужным. На Гавайях и горе Этна для замедления потоков лавы использовали воду, но эти операции были небольшими и имели ограниченный успех. Однако профессор Торбьёрн Сигургейрссон провел эксперимент, доказавший, что дальнейшее продвижение лавы можно остановить, преждевременно затвердевая ее передний край. Первая попытка замедлить поток лавы путем распыления морской воды на передний край началась 6 февраля. Хотя объем перекачиваемой воды был относительно небольшим – 100 литров в секунду (26 галлонов США в секунду), поток заметно изменился. Лава менялась по мере того, как на нее лилась вода. До охлаждения поток лавы был блочным, покрытым вулканическими бомбами и имел красноватый окисленный цвет. После охлаждения поверхность стала более изрезанной и по ней было гораздо труднее ходить, а цвет поверхности потока изменился с черного на серый. Водное охлаждение лавы было медленным, но эффективным, почти вся вода превращалась в пар. После подтверждения возможности охлаждения лавы усилия по остановке потоков были увеличены. В начале марта увеличили производительность насосов, когда большой обломок стены кратера откололся от вершины Элдфелла и начал двигаться по потоку лавы в сторону гавани. Этот обломок, получивший прозвище Flakkarinn (Скиталец), серьезно угрожал бы функционированию гавани, если бы достиг ее, и 1 марта был доставлен земснаряд Sandey, чтобы предотвратить его продвижение. Профессор Торбьёрн Сигургейрссон давал насосным бригадам рекомендации о том, куда направлять усилия для наиболее эффективного замедления потоков. В конечном итоге Скиталец раскололся на две части, которые остановились примерно в 100 метрах от устья гавани. Последующие операции по охлаждению лавы были самыми масштабными из когда-либо проводившихся. Sandey мог распылять до 400 литров в секунду (105 галлонов США в секунду) на движущийся поток, а сеть труб была проложена поверх лавы для распределения морской воды на максимально широкой площади. Деревянные опоры для труб загорались в самых горячих местах, и даже алюминиевые опоры плавились, но сами трубы не плавились благодаря холодной морской воде, протекающей внутри них. Одновременно можно было охладить до 12 000 квадратных метров потока лавы, после чего внутри потока создавались внутренние барьеры, которые уплотнялись и нагромождались. Прокладка труб над активным потоком лавы была очень опасной из-за плохой видимости, вызванной обильным выделением пара. Бульдозерами прокладывали грубые трассы через поток, но они быстро становились неровными и смещались на несколько метров в день. Рабочие, прокладывавшие трубы, использовали бульдозеры и рации, чтобы продвигаться сквозь пар и укладывать новые трубы. Рабочие прозвали себя «Отрядом самоубийц» и сумели проложить трубы на расстояние до 130 метров (430 футов) от переднего края потока, прямо над его движением. Несколько человек получили незначительные ожоги, но серьезных травм не было. К концу марта пятая часть города была покрыта потоками лавы, и потребовалась большая производительность насосов. Из Соединенных Штатов было доставлено тридцать два насоса, каждый из которых мог перекачивать до 1000 литров в секунду (265 галлонов США в секунду). После того, как эти насосы начали охлаждать поток, направлявшийся к городу, его движение резко замедлилось и вскоре прекратилось. Через несколько недель возникла проблема с валами насосов, вероятно, потому что они были рассчитаны на перекачку нефти, а не воды, и потребовалось изготовить новые, улучшенные валы в Рейкьявике и доставить их. Одной из особенностей операции по охлаждению лавы было отложение большого количества соли там, где морская вода распылялась на лаву. Обширные участки потока покрылись толстыми белыми отложениями, и оценивалось, что в общей сложности было отложено до 220 000 тонн соли. Сигургейрссон назвал эти защитные меры «безусловно самыми масштабными, которые когда-либо применялись при извержении вулкана», и сказал, что «если бы не охлаждение, можно было бы ожидать, что лавовый язык [в гавань] протянулся бы еще на целый месяц дальше, чем он фактически протянулся. Ему не хватило всего около 100 метров, чтобы заблокировать вход в гавань». Операция по охлаждению завершилась 10 июля 1973 года, и было перекачано около 7,3 миллиона кубических метров морской воды. Это извержение было особым случаем, когда метод контроля лавы подходил к местным условиям. Во-первых, начальное извержение происходило только из центра города и гавани. Во-вторых, поток лавы был медленным, что давало время для планирования и реализации мер контроля. В-третьих, морская вода была доступна в близлежащей гавани, и, наконец, было легко перемещать трубы и насосное оборудование, поскольку транспортная система по морю и суше была хорошо развита. (Richard & James, 1983) Вся операция стоила в то время 1 447 742 доллара США. Извержение попало в заголовки газет по всему миру, когда началось, и постоянно освещалось исландскими новостными командами. В Европе извержение было одной из главных новостей, конкурируя за место на первой полосе с прорывами в мирных переговорах по Вьетнаму в Париже. Особое внимание было уделено усилиям жителей острова по остановке потоков лавы, о чем сообщалось в таких изданиях, как National Geographic. Внимание, уделенное острову в результате извержения, привело к последующему всплеску туризма после его окончания.

Заключительные этапы

Объем лавы, извергаемой во время извержения, неуклонно снижался после первых нескольких дней. С первоначальной скорости в , скорость выбросов упала примерно до к 8 февраля и до середины марта. После этого снижение замедлилось, но к середине апреля скорость потока снизилась до около . Кратковременная подводная активность была обнаружена рыболовным судном 26 мая, примерно в северо-восточнее Хеймаэй и в от побережья материка. Извержение окончательно прекратилось в начале июля, когда видимого потока лавы больше не было, хотя подповерхностные потоки могли продолжаться еще несколько дней. Незадолго до окончания извержения, наклономер, установленный у кратера и измерявший деформацию земной поверхности на протяжении всего извержения, зафиксировал оседание в направлении кратера, что указывает на истощение неглубокой магматической камеры, питавшей извержение. Общий объем лавы и тефры, извергнутых в течение пятимесячного извержения, оценивался примерно в . Около новой земли было добавлено к острову, увеличив его площадь до извержения примерно на 20%. В итоге, вход в гавань был значительно сужен, но не перекрыт, а новый поток лавы служил волнорезом, улучшая защиту гавани. Платформа "Флакаринн" проплыла несколько сотен метров к гавани по поверхности лавового потока, но остановилась вдали от кромки воды.

Хеймеи после извержения

К концу 1975 года население островов Вестман вернулось примерно к 85% от уровня, существовавшего до извержения. 42% тех, чьи дома были разрушены, не вернулись до конца 1975 года, в то время как среди тех, чьи дома уцелели, этот показатель составлял всего 27%. К 1974 году рыболовные компании на островах Вестман восстановили нормальный уровень производства. Вопреки ожиданиям, новое лавовое поле фактически улучшило гавань на островах Вестман. Также, вопреки интуиции, вынужденное переселение оказало значительное положительное влияние на доходы и образование тех, кому на момент извержения было менее 25 лет. Внутри лавовых потоков температура может оставаться на уровне нескольких сотен градусов в течение многих лет из-за крайне низкой теплопроводности горных пород. После завершения извержения ученые приступили к оценке возможности извлечения геотермальной энергии из постепенно остывающих потоков лавы. Вскоре были разработаны экспериментальные системы отопления, и к 1974 году был подключен первый дом. Эта схема была расширена на несколько домов и больницу, а в 1979 году началось строительство четырех крупных установок для извлечения тепла из лавовых потоков. Каждая установка извлекала энергию с площади 100 метров (330 футов) в каждую сторону, пропуская воду в горячие участки и собирая образовавшийся пар. Эти установки могли генерировать до 40 мегаватт (МВт) электроэнергии, а также обеспечивать горячей водой почти каждый дом на острове. Тефра, образовавшаяся в результате извержения, была использована для удлинения взлетно-посадочных полос небольшого аэропорта острова, а также в качестве отвала для строительства 200 новых домов. К середине 1974 года на остров вернулось около половины населения, проживавшего здесь до извержения, а к марту 1975 года – около 80%. Восстановление и реконструкция Хеймаэй были профинансированы всеми исландцами за счет целевого налога с продаж, а также за счет международной помощи в размере 2,1 миллиона долларов США, в основном от Дании, но с существенным вкладом со стороны Соединенных Штатов и нескольких международных организаций. Благодаря улучшенной гавани, защищенной новым лавовым волноломом, рыболовная промышленность восстановила свою прежнюю мощь, и сегодня остров остается важнейшим рыболовным центром страны, поскольку более трети всего рыбного улова Исландии приходится на эту гавань. К концу извержения высота Элдфелля составляла около 220 метров над уровнем моря. С тех пор его высота уменьшилась на 18-20 метров из-за оползней и уплотнения рыхлой гравийной тефры, а также из-за ветровой эрозии. Местные жители посадили траву на нижних склонах холма, чтобы стабилизировать его и предотвратить дальнейшую эрозию, и в конечном итоге ожидается, что большая часть вулкана покроется травой, как и соседний Хельгафелл.