Прогнозирование извержений с помощью спутников и математики
Вулканологи начинают использовать спутниковые измерения и математические методы для прогнозирования извержений и лучшего понимания работы вулканов, говорится в новой статье в Frontiers in Earth Science.
По мере того как магма смещается и течёт под поверхностью земли, грунт над ней изгибается и вибрирует. Современные спутниковые технологии, подобные GPS, теперь могут отслеживать эти движения, а геологи начинают расшифровывать, что это говорит о процессах под землёй и о том, что может произойти в будущем.
«Мы первые, кто разработал стратегию, использующую ассимиляцию данных, для успешного прогнозирования эволюции избыточного давления магмы под вулканом с использованием комбинированных наборов данных о деформации грунта, измеренных системами глобальной навигации (более известными как GPS) и спутниковыми радарными данными», — объясняет Мэри Грейс Бато, ведущий автор исследования и исследователь из Института наук о Земле (ISTerre) во Франции.
Бато и её коллеги одними из первых проверяют, можно ли применить в вулканологии ассимиляцию данных — метод, используемый для объединения новых измерений с динамической моделью, — чтобы осмыслить такие спутниковые данные. Метеорологи давно используют аналогичный метод для интеграции атмосферных и океанических измерений с динамическими моделями, что позволяет им прогнозировать погоду. Климатологи также применяли этот метод для оценки долгосрочной эволюции климата из-за выбросов углерода. Но вулканологи только начинают исследовать, можно ли использовать эту технику для прогнозирования извержений.
«Количество спутниковых и наземных геодезических данных (например, GPS) в последнее время значительно возросло, — говорит Бато. — Задача состоит в том, как эффективно использовать эти данные и как интегрировать их с моделями, чтобы глубже понять, что происходит под вулканом и что вызывает извержение, чтобы мы могли определять точные прогнозы вулканической активности в режиме, близком к реальному времени».
В своём последнем исследовании Бато и её коллеги начали отвечать на эти вопросы, моделируя один тип вулканов — те, которые извергаются с ограниченной «взрывной» силой из-за накопления давления подстилающей магмы. В ходе своих модельных экспериментов Бато смогла правильно предсказать избыточное давление, вызывающее теоретическое извержение, а также форму самого глубокого подземного магматического резервуара и скорость притока магмы в него. Такие резервуары обычно находятся на глубине нескольких миль под поверхностью, и их практически невозможно изучить существующими методами.
Геологам ещё необходимо улучшить текущие модели вулканов, прежде чем их можно будет широко применять к реальным вулканам, но Бато и её коллеги уже начинают тестировать свои методы на вулкане Гримсвётн в Исландии и вулкане Окмок на Аляске. Они считают, что их стратегия станет ключевым шагом к более точным прогнозам вулканического поведения.
«Мы предвидим будущее, в котором ежедневные или даже почасовые прогнозы вулканической активности станут возможными — как и любой другой метеорологический бюллетень», — говорит Бато.
Это исследование является частью более широкой коллекции статей, посвящённых оценке вулканической опасности.