В предрассветной темноте группа ученых поднимается по склону мексиканского вулкана Попокатепетль, одного из самых активных в мире, извержение которого может затронуть миллионы людей. Их миссия: выяснить, что происходит под кратером.
В течение пяти лет группа из Национального автономного университета Мексики поднималась на вулкан с килограммами оборудования, рискуя потерей данных из-за плохой погоды или вулканического взрыва, и использовала искусственный интеллект для анализа сейсмических данных. Теперь команда создала первое трехмерное изображение недр вулкана высотой 5452 метра (17 883 фута), которое показывает, где скапливается магма, и поможет лучше понять его активность, а в конечном итоге — позволит властям эффективнее реагировать на извержения.
Марко Кало, профессор кафедры вулканологии Института геофизики UNAM и руководитель проекта, пригласил Associated Press сопровождать команду в ее последней экспедиции, последней перед публикацией результатов исследования вулкана.
Движение под землёй
Внутри действующего вулкана все движется: породы, магма, газ и водоносные горизонты. Все это генерирует сейсмические сигналы.
Большинство вулканов мира, представляющих опасность для человека, уже имеют подробные карты своего внутреннего строения, но не Попокатепетль, несмотря на то, что в радиусе 100 километров проживает около 25 миллионов человек, а дома, школы, больницы и пять аэропортов могут пострадать от извержения.
Другие ученые сделали несколько ранних снимков 15 лет назад, но они показали противоречивые результаты и не обладали достаточным разрешением, чтобы увидеть, «как строилось вулканическое сооружение», и, прежде всего, где собиралась магма, сказал Кало.
Его команда увеличила количество сейсмографов с 12, предоставленных Национальным центром предотвращения стихийных бедствий Мексики, до 22, чтобы охватить весь периметр вулкана. Хотя для оповещения о чрезвычайной ситуации достаточно всего трёх, для понимания причин этих чрезвычайных ситуаций необходимо гораздо больше устройств.
Приборы измеряют вибрации в земле 100 раз в секунду и генерируют данные, которые Карина Берналь, 33-летняя аспирантка и исследовательница проекта, обработала с помощью искусственного интеллекта, адаптировав алгоритмы, разработанные для других вулканов.
«Я научила машину различать разные типы толчков на Эль-Попо, — сказала она, — и благодаря этому они смогли каталогизировать различные виды сейсмических сигналов».
Постепенно ученые начали делать выводы о том, какие виды материалов находятся где, в каком состоянии, при какой температуре и на какой глубине. Позже они смогли составить карту.
Результат оказался гораздо сложнее, чем рисунки вулканов, которые большинство видели в школе, с главным жерлом, соединяющим магматическую камеру с поверхностью.
Это первое трехмерное поперечное сечение простирается на 18 километров ниже кратера и показывает, что, по-видимому, представляют собой различные скопления магмы на разной глубине, с горными породами или другими материалами между ними, причем их больше к юго-востоку от кратера.
«Величественный» гигант
Вулкан Попокатепетль в своем нынешнем виде образовался в кратере другого вулкана более 20 000 лет назад и активен с 1994 года, ежедневно выбрасывая столбы дыма, газа и пепла. Периодически над главным жерлом образуется купол, который в конечном итоге обрушивается, вызывая извержение. Последнее произошло в 2023 году.
Кало, 46-летний сицилиец, с увлечением рассказывает о Эль-Попо, как мексиканцы называют этот вулкан, перечисляя интересные факты.
Он объясняет, что его высота может меняться из-за извержений, и рассказывает, как в I веке у Попокатепетля была своя «маленькая Помпея», когда деревня на его склонах, Тетимпа, была погребена под пеплом. В начале XX века извержение было спровоцировано действиями человека — использованием динамита для извлечения серы из кратера. И хотя Эль-Попо выделяет больше парниковых газов, чем почти любой другой вулкан, его выбросы все еще составляют лишь малую долю от того, что производит человек в соседнем Мехико.
В течение многих лет Кало изучал вулканическую активность с помощью компьютера, но попытки «понять, как что-то работает, не прикасаясь к этому» вызывали у него чувство разочарования, сказал он.
Все изменилось с Попокатепетлем, вулканом, который он описывает как «величественный».
Прикоснуться к вулкану
После нескольких часов подъема по склону вулкана команда Кало разбивает лагерь в сосновой роще на высоте около 12 500 футов (примерно 3800 метров), в, казалось бы, безопасном месте от пирокластических взрывов, поскольку деревья успели вырасти до значительной высоты.
Немного выше по склону горы деревья и кустарники сменяются пеплом и осадочными породами.
Им предстоит пересечь лахар — смесь камней и пепла, которая во время сезона дождей превращается в опасный грязевой поток, уносящий все на своем пути. Сейчас сухая поляна открывает захватывающий вид: на востоке — Пико-де-Орисаба, самый высокий вулкан и гора Мексики, и неактивный вулкан Ла-Малинче; на севере — Истаксиуатль, спящая вулканическая вершина, известная как «спящая женщина».
Звуки Попокатепетля ночью словно умножаются, образуя эхо. Взрыв, похожий на ракетный, может звучать так, будто он исходит с одной стороны, но клубы дыма из кратера скрывают истинный источник.
Карина Родригес, 26-летняя магистрантка из команды, сказала, что во время активности вулкана можно также услышать небольшие подземные толчки или даже пепел, падающий как дождь. В темные ночи край кратера светится оранжевым.
Природная лаборатория
Наличие непосредственных знаний о вулкане дает гораздо более объективное представление о пределах их анализа, сказал Кало.
«У нас здесь есть природная лаборатория, — сказал он. — Очень важно иметь возможность понимать и предоставлять жителям подробную, достоверную информацию о том, что происходит внутри вулкана».
На высоте 4200 метров их рюкзаки, полные компьютеров, оборудования для анализа газов, батарей и воды, начинают весить все больше, и их темп замедляется.
Здесь преобладает пепел, темный и теплый.
На сейсмографической станции команда выкапывает оборудование и радуется тому, что оно всё ещё работает. Они загружают данные и закапывают его обратно.
«Вулканическая бомба» — камень диаметром полтора метра и весом в тонны — отмечает путь и даёт представление о том, что может означать начало извержения. Именно поэтому доступ к верхней части вулкана запрещён, хотя не все соблюдают это правило. В 2022 году человек погиб, получив удар камнем примерно в 300 метрах от кратера.
Бутылка текилы возле скалистой впадины, известной как «пупок Эль-Попо», намекает на некоторые традиции, связанные с вулканом, включая ежегодное паломничество к тому месту, которое некоторые считают точкой связи с подземным миром.
Стремление к восхождению
Раскапывая одну из последних сейсмических станций, лицо Кало падает. Последние зарегистрированные данные относятся к более ранним месяцам. Батарея разрядилась. Иногда крысы перегрызают провода машин, а взрыв причиняет более серьезный ущерб.
Проект позволил получить некоторые достоверные данные, и его повторение позволит проанализировать изменения, которые в конечном итоге помогут властям принимать более взвешенные решения при извержениях.
Но Кало говорит, что, как это всегда бывает в науке, он также породил новые вопросы, на которые им придется попытаться ответить, например, почему толчки чаще происходят на юго-восточной стороне, где скопилось больше магмы, и какие последствия это может иметь.
Это была последняя экспедиция перед публикацией результатов их многолетней работы по картированию внутреннего строения вулкана. Наблюдение за движением внутреннего строения вулкана в 3D на экране компьютера оправдывает все усилия.
«Именно это побуждает вас начинать новые проекты и продолжать восхождения», — сказал Родригес, студент магистратуры.