Ученые обнаружили сигнал, который посылают вулканы перед извержением

Эти слабые сигналы могут в режиме реального времени выявлять самые ранние стадии вулканической активности. Исследовательская группа тестировала этот метод в течение десяти лет в вулканологической обсерватории на острове Реюньон. За этот период система успешно спрогнозировала 92% из 24 извержений, произошедших в период с 2014 по 2023 год. Время предупреждения варьировалось от нескольких минут до восьми часов до начала извержения. Около 14% предупреждений не привели к извержениям. Однако эти предупреждения все же зафиксировали движение магмы под вулканом. Поскольку для работы системы Jerk требуется относительно мало оборудования, она может стать важным инструментом раннего предупреждения, особенно для вулканов, которые не находятся под пристальным наблюдением.

Почему сложно предсказывать извержения вулканов

Вулканы часто подают предупреждающие сигналы перед извержением. К ним могут относиться усиление сейсмической активности, деформация земной поверхности и изменения в выбросах или составе вулканических газов. Хотя эти сигналы хорошо известны, их точная интерпретация остается сложной задачей. Ученые до сих пор пытаются точно определить, когда произойдет извержение, как долго оно продлится и насколько мощным оно может быть.

Ложные тревоги также представляют собой серьезную проблему. Неверные предупреждения могут привести к дорогостоящим эвакуациям, экономическим потрясениям и недоверию населения к системам мониторинга. В результате повышение надежности прогнозов извержений является одной из главных задач для ученых, изучающих вулканические опасности.

Обнаружение едва заметных движений земной поверхности от поднимающейся магмы

Многие предыдущие подходы к прогнозированию извержений основаны на вероятностном анализе, то есть на поиске статистических взаимосвязей в больших массивах данных мониторинга. В отличие от них, новый подход, разработанный группой под руководством доктора Франсуа Бодуселя из Института физики Земли в Париже и доктора Филиппа Жуссе из Центра геоисследований им. Гельмгольца в Потсдаме, фокусируется на непосредственном обнаружении физических сигналов, связанных с движением магмы.

Метод «рывка» позволяет выявлять крайне малые колебания грунта, возникающие при внедрении магмы в земную кору. Эти сигналы проявляются в виде очень низкочастотных переходных процессов, то есть импульсоподобных переходных сигналов или сигналов оседания, регистрируемых при горизонтальных колебаниях грунта, включая как ускорение, так и наклон. По мнению исследователей, эти сигналы, вероятно, возникают в результате динамических процессов растрескивания горных пород, происходящих перед извержением.

Ученые впервые обнаружили эти сигналы более десяти лет назад, анализируя обширные массивы данных о предыдущих извержениях вулкана Питон-де-ла-Фурнез на острове Реюньон. Сигналы чрезвычайно малы, их частота составляет всего несколько нанометров в секунду в кубе (нм/с³ ) . Тем не менее, их можно обнаружить с помощью одного широкополосного сейсмометра.

Система включает в себя специализированную обработку данных, которая, например, корректирует такие факторы, как приливы и отливы. Когда характерный сигнал превышает определенный пороговый уровень, автоматизированная система немедленно выдает предупреждение.

Десятилетие мониторинга вулканов в режиме реального времени

Система была установлена в апреле 2014 года на вулканологической обсерватории Питон-де-ла-Фурнез, находящейся в ведении Института физики Земли в Париже (IPGP) Университета Сите-Париж (OVPF-IPGP, остров Реюньон). Инструмент функционирует как автоматизированный компонент системы мониторинга WebObs и использует данные с широкополосной сейсмологической станции, входящей в глобальную сеть Geoscope, расположенной в 8 км от вершины вулкана (Ривьер-де-л'Эст).

Первое предупреждение поступило 20 июня 2014 года. Система выдала сигнал тревоги за 1 час и 2 минуты до начала извержения.

В течение последующего десятилетия система обнаружения извержений работала непрерывно. Она генерировала автоматические оповещения для 92% из 24 извержений, зарегистрированных в период с 2014 по 2023 год. В зависимости от события, предупреждения выдавались за несколько минут или за 8,5 часов до того, как магма достигала поверхности.

Питон-де-ла-Фурнез — один из наиболее тщательно отслеживаемых вулканов в мире, что делает его идеальным местом для тестирования нового метода. Ученые смогли подтвердить сигналы тревоги, полученные с помощью других индикаторов мониторинга, включая сейсмичность, деформацию земной поверхности и измерения вулканических газов. Эти независимые наблюдения подтвердили факт внедрения магмы и высокую вероятность извержения. Система также была оценена с использованием исторических данных о 24 извержениях в период с 1998 по 2010 год, где сигнал тревоги постоянно появлялся перед извержениями.

«Главная оригинальность этой работы заключается в том, что метод Джерка был протестирован и подтвержден в режиме реального времени в автоматическом и неконтролируемом режиме на протяжении более 10 лет, а не путем постобработки данных, как это происходит в подавляющем большинстве исследований предвестников извержений, опубликованных в литературе», — объясняет доктор Филипп Жуссе, соавтор исследования и научный сотрудник секции 2.2 «Геофизическая визуализация» GFZ.

Проверка метода на других вулканах

После более чем десяти лет непрерывного мониторинга в режиме реального времени на острове Реюньон исследователи полагают, что система Джерк может служить практическим инструментом раннего предупреждения для других вулканов, особенно для тех, у которых ограничена инфраструктура мониторинга.

Команда планирует расширить тестирование метода на другие действующие вулканы. Одной из первых целей станет Этна в Италии. В рамках проекта «POS4dyke» будет развернута новая сеть широкополосных сейсмометров из Потсдамского геофизического инструментального пула GIPP для обнаружения сигналов сейсмической активности. Начало установки ожидается в 2026 году в сотрудничестве с INGV (Италия).