Катла - один из самых активных вулканов Исландии. Он расположен недалеко от южного побережья, а верхние части вулкана покрыты ледником Мирдалсйокулл площадью 600 км2. Ледниковая шапка скрывает большую кальдеру площадью 100 км2.
В Южной Исландии влажный морской климат с частыми осадками, годовые осадки в Мирдалсйокулле превышают 4000 мм/год. Таким образом, в реках, осушающих ледник и соседние высокогорные районы, часто бывают наводнения, связанные с большим количеством осадков и/или быстрым таянием снега летом. Паводковый расход порядка 500 м3/с будет рассматриваться как большой для этих рек. Эти наводнения, однако, ничтожны по сравнению с жестокими потоками ледниковых вод, вызванными извержениями в подледниковой кальдере Катла.
За последние 1000 лет эти катастрофические ледниковые потоки затопляли обширные территории к востоку от вулкана примерно дважды в столетие и неоднократно причиняли разрушения и ущерб имуществу в регионе. Таким потоком в течение нескольких часов было затоплено несколько сотен км2 песчаных равнин, а на равнине Мирдалссандур к юго-востоку от вулкана выпало большое количество осадков и ледниковых осколков из ледника Катла.
Кальдера Катла разделена на три водосборных бассейна, где талые воды из каждого бассейна вытекают через подледниковый разрыв в стенке кальдеры. Такое разделение кальдеры на дренажные бассейны обусловлено рельефом поверхности льда.
Самый восточный бассейн, Котлуйокулл (сектор Ко), является самым большим и дренируется на восток (60 км2 ), бассейн Солхеймайокулл (сектор Со, 19 км2 ) - на юг, а бассейн Энтуйокулл (сектор Эн, 23 км2 ) - на северо-запад. В исторические времена большинство наводнений шло по маршруту Ко, некоторые шли по маршруту Со, в то время как ни один из них не сбежал по маршруту Эн. На основе истории извержений и схода ледниковых вод можно построить вероятностные модели частоты извержений для этих бассейнов. Кроме того, история также содержит сведения о величине извержений и о том, как эти параметры связаны с длительностью интервала между извержениями.
Дополнительная информация о состоянии вулкана Катла поступает в результате геофизического мониторинга. Вулкан демонстрирует признаки волнений с 1999 г., когда произошло незначительное подледниковое извержение. Повышенная сейсмическая активность, повышенная геотермальная активность и несколько см/год рост кальдеры с тех пор свидетельствуют об увеличении давления под вулканом.
2. Исторические извержения и сходы ледниковых потоков.
Старые документы, такие как летописи и записи, хранящиеся фермерами и священнослужителями в частном порядке, а также официальные записи местных шерифов, содержат даты извержений и описания 14 исторических извержений Катла и связанных с ними сходов ледниковых потоков. Картирование отложений тефры вокруг Мирдалсйокулла добавило еще шесть извержений Катлы и одно крупное извержение в связанной частично подледниковой трещине Элджья, увеличив количество извержений до 21 в историческое время.
В результате этих извержений образовалась воздушно-капельная тефра, позволяющая оценить минимальный объем извержения магмы. Однако большая часть материала, извергаемого в каждом извержении Катлы, переносится ледниковыми потоками вниз по песчаным равнинам. Такие события приводят к наводнениям, когда талая вода проникает под ледниковый покров и выпускает огромное количество воды на водный путь ледниковой реки вниз по течению от самого ледника. Расход воды при таких паводках может быть на 2-3 порядка больше, чем при естественных паводках, происходящих с интервалом в 5-10 лет. Поэтому они представляют угрозу для жизни местного населения в поймах ледниковых рек. Крайне высокие темпы производства и таяния талых вод, наблюдаемые в некоторых подледниковых извержениях, объясняются значительной фрагментацией магмы. Степень фрагментации, наблюдаемая в фреомагматических извержениях, такова, что время теплового равновесия между магмой и талой водой составляет порядка нескольких секунд. Скорость теплопередачи считается основной причиной величины потоков ледниковых вод Катла.
Отложения тефры в почвах в окрестностях Мирдалсйокулла свидетельствуют о том, что извержения происходят в кальдере Катла со времён кальдеры. 6500 лет до н.э. с частотой извержений аналогичной или несколько более высокой, чем в прошлом тысячелетии. Большая часть этих извержений произошла в секторе Ко. Возникновение извержений в секторе Сo и вытекающих из них ледниковых потоков основано на геологических данных вместе с расплывчатыми упоминаниями о наводнениях в старых записях. О секторе Эн имеются только геологические данные по ледниковым потокам. Эти наводнения исходят из Энтуйокулла в северо-западном углу кальдеры.
Масштабы разрушения и масштабы наводнения
Предположительно, транспортируемая водой часть представляет собой в значительной степени материал, извергнутый подледниковым путем, в основном в полностью подледниковой фазе извержения, когда он тает через ледник в первые несколько часов извержения. Объем этого материала может значительно варьироваться, но разумно предположить, что он связан со скоростью извержения и толщиной льда. Поэтому объем этой части, транспортируемый водой, должен позитивно коррелировать с объемом аэрозольной тефры в каждом извержении
Существует некоторая корреляция между величиной извержения и последующим интервалом извержения (коэффициент корреляции 58%). Пожары в Эльдже 934 года представляют собой особый случай. Общий объем выброшенной магмы в этом случае составил около 19 км3 , в том числе 5 км3 воздушно-капельной тефры. Поэтому оно было на порядок больше, чем любое из извержений, произошедших с тех пор.
Ледниковое наводнение из Катлы состоит из воды, льда и вулканического мусора. Водная составляющая паводка - это вода, которая тает из ледниковой шапки, и поэтому можно ожидать определенной зависимости между величиной извержения и величиной объема паводка. Поэтому необходимо исследовать корреляцию между объемами паводков и величиной извержений. По оценкам одного из крупнейших наводнений, объем паводковых вод 1918 г. составил 8 км3 , а пиковый расход - 300 000 м3/сек. Это было одно из крупнейших наводнений в Катле. В некоторых письменных источниках старых извержений описано, какие районы пострадали от связанных с ними наводнений. Это позволяет оценить вероятные масштабы связанных с этим наводнений путем сравнения их с крупными наводнениями 1918 года.
Когда следующее извержение?
Калдера Катла разделена на три сектора, определяемые зонами, из которых выходят потоки ледниковых вод через перевал Котлуйокулл (сектор Ко), перевал Солхаймайокулл (сектор Со) и Энтуйокулл (сектор Эн). Частота извержений различается в трех секторах, но считается, что активность извержений мигрирует между секторами.
На основании истории извержений и сходов ледниковой воды средний интервал времени между извержениями внутри кальдеры (все сектора) рассчитывается как 49 лет. Разрушения наиболее распространены в секторе Ко со средним многолетним интервалом всплесков в 58 лет. Средний временной интервал между извержениями в секторе Сo составляет около 600 лет, в секторе Эн - около 500-800 лет. Существует положительная корреляция между величиной извержения и длительностью следующего интервала в годах. Поэтому выводы о величине следующего извержения Катла не могут быть сделаны на основании длительности предыдущего интервала.
Величина ледникового потока положительно коррелирует с величиной извержения в секторе Ко. Такая корреляция, вероятно, будет существовать и в других секторах. Вместе взятые, эти две корреляции дают слабую корреляцию между величиной и длиной следующего интервала извержений. Влияние этой корреляции на статистику сходов ледниковых вод требует дальнейшего изучения.
Наиболее вероятные временные интервалы между извержениями в трех секторах сильно зависят от корреляции между длиной интервала и величиной извержения. Средний интервал после такого крупного извержения, как 1918 год, составляет 73 года, что увеличивает вероятность нового извержения в кальдере Катла в течение 10 лет после 2004 года с 20% до 93% как это было бы, если бы эта корреляция не учитывалась.