Предупреждающие сигналы были за несколько недель до мощного извержения вулкана

Фото из открытых источников

Согласно недавнему исследованию, Мауна-Лоа, огромный вулкан на Гавайях, примерно за месяц до своего извержения в 2022 году дал измеримый тепловой сигнал. Эти же данные показывают, как лава, не долетевшая до важной дороги, может обострить предупреждения на Земле и помочь ученым в изучении вулканов на Венере. Результаты нового исследования опубликованы в Journal of Volcanology and Geothermal Research.

Во время извержения 2022 года на острове Гавайи основной поток лавы двигался в сторону шоссе имени Дэниела К. Иноуэ. В Питтсбургском университете Иэн Т. У. Флинн отслеживал продвижение этого потока по спутниковым снимкам, наблюдая за его перемещением день за днем. Анализ показал, что поток преодолел около 80 процентов своего 11-мильного пути за 48 часов, а затем замедлился по мере истощения запасов.

Такая быстрая реакция на ранней стадии может побудить чиновников к защите дорог, изменению маршрутов движения транспорта или усилению наблюдения за близлежащими населенными пунктами. Еще одним сюрпризом стали температурные рекорды: 22 октября 2022 года внутри вершины вулкана было зафиксировано небольшое повышение температуры.

Методы машинного обучения позволили отделить это теплое пятно от обычных сцен с горячей землей и облаками. Одновременно с этим возросла сейсмическая активность, поскольку магма проникала в накопительную систему вулкана. Наличие одного теплого участка не гарантирует извержения, но дает наблюдателям более вескую причину для более тщательного наблюдения, когда совпадают другие сигналы.

Гора Мауна-Лоа ведёт себя иначе, чем Килауэа, её активный сосед на острове Гавайи, поэтому предупреждающие знаки нельзя копировать без должной осторожности.

Некоторые вулканы раздуваются, другие выделяют больше газа, а третьи нагревают старые трещины, прежде чем лава достигнет поверхности.

«У каждого вулкана свой характер», — сказал Флинн. Данные, собранные на каждом участке, превращают этот характер в практическое предупреждение, особенно в тех местах, где люди живут рядом с быстро распространяющимися потоками лавы.

После окончания извержения спутниковые карты высот показали, что лавовое поле и жерла занимали площадь в 35 квадратных километров.

Ученые сравнили высоту земной поверхности до и после воздействия потока, что позволило выявить, сколько новой породы накопилось на каждом участке. Самые толстые участки достигали более 20 метров.

Толщина слоя лавы влияет на прогнозы, поскольку более глубокий слой лавы дольше сохраняет тепло, делает блокирующие участки более твердыми и замедляет процесс охлаждения. Лава не стала безвредной, как только перестала двигаться, потому что тепло сохранялось под темной коркой в течение нескольких месяцев.

Более тонкие потоки охлаждались до фоновой температуры в течение 3-4 месяцев, но более плотные участки оставались теплыми около 21 месяца.

«Если всё ещё жарко, это всё ещё опасно», — сказал Флинн. Длительное сохранение тепла может вымывать опасные газы из свежих горных пород и делать полевые работы небезопасными ещё долго после того, как свечение стихнет.

Правительственные спутники стабильно фиксировали температурные показатели, а коммерческие флоты обеспечивали более четкие снимки в дни с быстрым движением воздуха.

Благодаря тому, что снимки поступали часто, исследователи могли измерять изменение скорости потока, а не просто видеть форму до и после. Позже Геологическая служба США сообщила, что в 2022 году лава приблизилась к шоссе на расстояние меньше трех километров.

Более быстрые снимки не могут остановить лаву, но они могут уменьшить неопределенность, пока принимаются решения о дорогах и бригадах экстренной помощи. Задолго до ночи извержения орбитальные тепловые камеры измеряли температуру Мауна-Лоа из космоса во время многократных пролётов.

Усовершенствованный космический тепловой эмиссионный и отражательный радиометр (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer) – прибор для составления тепловых карт на спутнике НАСА Terra – регистрировал тепловые параметры суши и детали поверхности в течение многих лет.

Эта запись позволила программному обеспечению сравнивать каждую сцену с нормальными условиями, благодаря чему небольшие изменения температуры не сливались с шумом. Более качественный архив позволяет снизить зависимость будущих предупреждений от одного удачного снимка или одного пролета в ясную погоду.

Венера фигурирует в этой истории, потому что её облака скрывают поверхность, и учёным приходится делать выводы о наличии свежей лавы на основе орбитальных измерений. Недавнее исследование Венеры выявило изменения, обнаруженные с помощью радара, которые лучше всего соответствуют новым лавовым потокам, образовавшимся во время картографической миссии НАСА в 1990-х годах.

Скорость охлаждения земной лавы помогает исследователям определить, является ли горячее образование на Венере свежим, исчезающим или просто старой породой. Различия в воздухе, давлении и температуре поверхности Венеры означают, что правила, установленные на Земле, необходимо скорректировать перед использованием.

Более точные прогнозы можно получить, объединив данные о тепле, движении грунта, толщине земной коры, наличии газа и сотрясениях земли в системы, адаптированные к конкретным условиям местности. 

В случае с Мауна-Лоа новый рекорд связывает тепловой сигнал, предшествующий извержению, с последующей скоростью потока и охлаждением. Для изучения других вулканов необходимы годы сбора локальных данных на каждом участке, прежде чем выявленная закономерность станет достоверной.

Это ограничение позволяет сохранить полезность полученных данных, не делая вид, что один вулкан может объяснить все извержения повсюду, даже когда данные выглядят впечатляюще. Извержение, представляющее угрозу для дорог, небольшой ранний тепловой сигнал и 21-месячный след похолодания теперь образуют более четкую историю предупреждения.

В будущем системы мониторинга смогут использовать эту информацию для более раннего наблюдения, более быстрого составления карт и защиты людей в условиях сохраняющейся неопределенности.