Полуостров Рейкьянес на юго-западе Исландии — один из самых густонаселенных и в то же время вулканически активных регионов страны. В 2021 году здесь проснулся вулкан Фаградальсфьядль, что вызвало регулярные землетрясения (их было уже более 50 тысяч) и активизацию небольших трещинных вулканов у подножья главной огнедышащей горы.
В 2024 году в регионе был применен разработанный в Калифорнийском технологическом институте метод распределенного акустического зондирования для мониторинга движения магмы под землей и прогнозов ее извержения в виде лавы на поверхность.
Исследователи разработали метод, позволяющий предупреждать о выбросах лавы через жерла вулканов и трещины в породах как минимум за 30 минут до начала активного извержения. Исследование показывает, что методика может быть полезным инструментом как для изучения вулканической активности, так и для заблаговременного оповещения населения и экстренных служб. Статья с описанием исследования была опубликована в журнале Science 24 апреля.
Команда ученых из Калифорнии в сотрудничестве с исландскими коллегами и местной телекоммуникационной компанией установили лазерные датчики в разных точках полуострова, через которые проходил выведенный из эксплуатации оптоволоконный кабель. Развертывание прошло достаточно быстро и без осложнений, несмотря на сложный рельеф местности. После обильного выброса магмы 10 ноября 2023 года, давшего старт кампании, ученые смогли настроить систему на оптоволоконном кабеле общей протяженностью 100 километров в течение всего 10 дней. Примерно через месяц они спрогнозировали с помощью установленной системы первое опасное извержение и предупредили власти и общественность.
Система распределенного акустического зондирования работает, направляя лазерный луч на неиспользуемые подземные оптоволоконные кабели. Когда по кабелю идет вибрация, хоть от землетрясения, хоть от проезжающего неподалеку самосвала, лазерный луч претерпевает так называемое фазовое изменение. Фиксация фазового изменения луча дает исследователям информацию о проходящих волнах, превращая 100-километровый кабель в аналог линии из тысяч обычных сейсмических датчиков. В итоге экономятся деньги и время.
Вулканическая активность вызывает деформации под землей: поверхность растягивается и сжимается, когда магма поднимается из неглубоких подземных камер. Там иногда накапливается достаточно давления, чтобы вытолкнуть расплав на поверхность через трещины, которые геологи и вулканологи называют дайками (dikes). Система может измерять динамику расплавленной массы с в реальном времени, что намного превышает возможности традиционного сейсмологического мониторинга.
В течение года команда собирала данные о подземной вулканической активности, отслеживая в режиме реального времени, как земная кора растягивается по мере движения магмы. На основе этих данных была разработана система раннего оповещения, при которой время сигнала тревоги варьируется от 30 минут до нескольких часов, в зависимости от характера магматического вторжения.
Сейсмолог Вала Хьерлейфсдоттир из университета Рейкьявика, соавтор исследования, работала в активном очаге извержения недалеко от города Гриндавик, представлявшем реальную угрозу для нескольких тысяч жителей города. Когда команда Калифорнийского технологического института установила датчики, Хьерлейфсдоттир тесно сотрудничала с американскими коллегами. После отъезда калифорнийских вулканологов контроль системы и ответственность за оповещение населения перешли к местным ученым.
Проект интересен с научной точки зрения, потому что ученые зафиксировали множество случаев некритического подъема магмы. В таких случаях важно заранее понять, существует ли риск дальнейшего «ползучего» извержения, или магматическая камера в недрах Земли сбросила избыточное давление и пока никому не угрожает. Для Исландии характерны так называемые трещинные вулканы, и система мониторинга их поведения крайне важна для благополучия страны и безопасности жителей и туристов.
Недавно ученые предупредили, что практически под всеми спящими вулканами таится магма замедленного действия.