NASA pomoże przewidzieć erupcje wulkanów

Chociaż istnieją wyraźne oznaki, że wulkan może wybuchnąć w najbliższej przyszłości - na przykład wzrost aktywności sejsmicznej, zmiany w emisji gazów i nagłe odkształcenia gruntu - dokładne przewidzenie momentu erupcji jest niezwykle trudne.

Dzieje się tak dlatego, że żaden z wulkanów nie zachowuje się w dokładnie taki sam sposób, a także dlatego, że niewiele z około 1500 aktywnych wulkanów na świecie ma własne systemy monitorowania. W najlepszych okolicznościach naukowcy są w stanie dokładnie przewidzieć erupcję monitorowanego wulkanu na kilka dni przed jej wystąpieniem. Ale co by się stało, gdybyśmy wiedzieli o zbliżającej się erupcji z wyprzedzeniem miesięcy, a nawet lat?

Korzystając z danych satelitarnych, naukowcy z Jet Propulsion Laboratory NASA w Południowej Kalifornii i Uniwersytetu Alaski w Fairbanks opracowali nową metodę, która przybliża nas do takiej rzeczywistości. Badania te zostały niedawno opublikowane w "Nature Geoscience".

 - Nowa metodologia opiera się na subtelnym, ale znaczącym wzroście emisji ciepła na dużych obszarach wulkanu w latach poprzedzających jego erupcję. Pozwala nam to zobaczyć, że wulkan obudził się na nowo, często na długo przed pojawieniem się jakichkolwiek innych oznak - powiedział Társilo Girona, główny autor badań, poprzednio pracujący w JPL, a obecnie na Uniwersytecie Alaski w Fairbanks.

Zespół badawczy przeanalizował 16,5 lat danych dotyczących ciepła promieniowania z Moderate Resolution Imaging Spectroradiometers (MODIS) - instrumentów na pokładzie satelitów NASA Terra i Aqua dla kilku typów wulkanów, które wybuchły w ciągu ostatnich dwóch dekad. Pomimo różnic pomiędzy wulkanami, wyniki były jednakowe: w latach poprzedzających erupcję, promieniująca temperatura powierzchni nad znaczną częścią wulkanu wzrosła o około 1oC w stosunku do stanu normalnego. Po każdej erupcji temperatura spadała.

- Nie mówimy tu o gorących punktach, ale raczej o ociepleniu dużych obszarów wulkanów. Jest to więc prawdopodobnie związane z fundamentalnymi procesami zachodzącymi na głębokości - powiedział Paul Lundgren z JPL, współautor badań.

W szczególności naukowcy uważają, że wzrost ciepła może wynikać z interakcji między zbiornikami magmy a systemami hydrotermalnymi. Magma (stopiona skała pod powierzchnią ziemi) zawiera gazy i inne płyny. Kiedy wznosi się przez wulkan, gazy dyfundują na powierzchnię i mogą wydzielać ciepło. Podobnie, to odgazowanie może ułatwić przepływ wody podziemnej i podniesienie lustra wody, jak również cyrkulację hydrotermalną, która może zwiększyć temperaturę gleby. Naukowcy twierdzą jednak, że w grę mogą wchodzić również inne procesy, bo choć ich wiedza na temat zachowania wulkanów jest coraz lepsza, to nadal pozostaje ograniczona.

- Wulkany są jak pudełko wymieszanych czekoladek: mogą wyglądać podobnie, ale w środku jest wiele różnorodności między nimi, a czasem nawet w obrębie tego samego wulkanu. Na dodatek, tylko kilka wulkanów jest dobrze monitorowanych, a niektóre z najbardziej potencjalnie niebezpiecznych wulkanów są najrzadziej wybuchające, co oznacza, że nie można polegać wyłącznie na zapisach historycznych - dodał Lundgren.

Nowa metoda jest istotna sama w sobie, ale może zapewnić jeszcze większy wgląd w zachowanie wulkanów, gdy połączy się ją z danymi pochodzącymi z modeli i innych satelitów.

W badaniu opublikowanym w "Scientific Reports" latem ubiegłego roku, Lundgren wykorzystał dane interferometrycznego radaru z syntetyczną aperturą (InSAR) do analizy długoterminowej deformacji argentyńskiego wulkanu Domuyo. W tamtym czasie naukowcy nie byli pewni, czy Domuyo jest uśpionym lub wygasłym wulkanem, czy też jest to po prostu góra. Badania Lundgrena szybko to wyjaśniły. Nieoczekiwanie naukowcy wykryli okres inflacji, czyli sytuacji, gdy część wulkanu rozszerza się, gdy nowa masa magmy przemieszcza się w górę i wypycha skały z drogi. Okazuje się, że Domuyo jest w dużym stopniu wulkanem - i to aktywnym.

Następnie Lundgren porównał ten szereg czasowy deformacji z szeregiem czasowym termicznym, który Társilo Girona stworzył dla wulkanu Domuyo. Celem Lundgrena było ustalenie, czy te dwa procesy - wzrost temperatury promieniowania powierzchniowego na dużych obszarach wulkanu i deformacja - są ze sobą powiązane.

- Stwierdziliśmy, że termiczne szeregi czasowe w dużym stopniu naśladowały szeregi czasowe deformacji, ale z pewną separacją czasową. Nawet jeśli pozostaje niejasne, który proces prawdopodobnie zachodzi jako pierwszy, pokazując korelację, możemy połączyć procesy poprzez interpretacje oparte na fizyce, a nie tylko polegać na tym, co jesteśmy w stanie zaobserwować pod powierzchnią ziemi - wyjaśnił Lundgren.

Innymi słowy, połączenie zbiorów danych dostarcza wskazówek na temat tego, co dzieje się głębiej wewnątrz wulkanu i jak różne procesy wpływają i oddziałują na siebie, co może poprawić dokładność modeli używanych do prognozowania erupcji.