Недавнее исследование математически прояснило, как присутствие кристаллов и пузырьков газа в магме влияет на распространение сейсмических P-волн. Исследователи вывели новое уравнение, которое характеризует распространение этих волн через магму, показывая, как соотношение кристаллов и пузырьков влияет на скорость волны и ее форму.
Пропорции кристаллов и пузырьков в подземных резервуарах магмы имеет решающее значение для прогнозирования извержений вулканов. Из-за недоступности прямых наблюдений ученые анализируют сейсмические P-волны, регистрируемые на поверхности, чтобы определить внутренние характеристики магматических очагов и провинций.
Предыдущие исследования были в основном сосредоточены на влиянии пузырьков газа, при этом кристаллической составляющей уделялось мало внимания. Более того, традиционные модели в основном учитывали изменения скорости волны и затухание амплитуды, не фиксируя детальные преобразования формы волны.
В исследовании, опубликованном в журнале Physics of Fluids, авторы вывели новое универсальное уравнение, объединив две математические модели течения магмы. Результаты показывают, что скорость P-волны уменьшается по мере увеличения доли пузырьков по сравнению с кристаллами, причем пузырьки оказывают более значительное влияние, чем кристаллы.
В то же время было обнаружено, что кристаллы оказывают более сильное влияние на эффект затухания P-волн. Анализ показал, что характеристики формы сигнала зависят от частоты и содержания пузырьков, при этом между двумя базовыми моделями возникают заметные различия.
Новое уравнение позволяет рассчитывать P-сигналы в зависимости от времени, основываясь на физико-химических характеристиках пузырьков и кристаллов в магме. Заглядывая в будущее, исследовательская группа намерена интегрировать эту модель с методами машинного обучения для оценки внутреннего состава магмы по наблюдаемым формам P-сигналов с целью повышения точности прогнозирования извержений.
Отметим, что магмой (от греч. magma «густая мазь») называется расплав со сложным химическим составом в мантии Земли. Выходя на поверхность через жерла вулканов, магма теряет летучие вещества (воду и газы) и превращается в лаву.
Недавно мы рассказали о бюджетном способе предсказания извержений вулканов с помощью списанного оптоволоконного кабеля, который практикуют в Исландии.