Поток лавы с вулкана Килауэа на Гавайях впадает в океан возле парка Исаак Хейл Бич 5 августа 2018 года. Извержение вулкана в 2018 году было крупнейшим за более чем 200 лет. Предоставлено: USGS.
Обрушение кальдеры увеличивает размер и продолжительность извержений вулканов
Ученые выяснили, что вызывает крупномасштабные извержения вулканов и какие условия могут к ним привести.
Килауэа на Гавайях - один из самых активных вулканов в мире. Из-за этого и относительной легкости доступа он также является одним из наиболее оснащенных оборудованием для мониторинга - инструментами, которые измеряют и записывают все, от землетрясений и движения грунта до объема и продвижения лавы.
Однако извержение Килауэа в 2018 году было особенно мощным. Фактически, это было крупнейшее извержение вулкана за более чем 200 лет. Ученые НАСАЛаборатория реактивного движения в Южной Калифорнии использовала множество данных, собранных в ходе этого редкого события, чтобы пролить свет на причину таких крупномасштабных извержений, как это, и, что, возможно, более важно, какие механизмы их запускают.
На этом изображении показан поток лавы от извержения Килауэа в 2018 году до обрушения кальдеры. Предоставлено: НАСА / Лаборатория реактивного движения-Калтех.
«В конечном итоге причиной того, что это извержение стало намного больше обычного, было обрушение кальдеры вулкана - большой кратероподобной депрессии на вершине вулкана», - сказал JPLАльберто Роман, ведущий автор нового исследования, опубликованного недавно в природа. «Во время обрушения кальдеры массивная скальная глыба около вершины вулкана скатывается в вулкан. По мере того, как он скользит, застревает на неровных стенах вокруг него и скользит еще немного, глыба породы выдавливает больше магмы, чем обычно было бы изгнано ».
На этом изображении показан гораздо более крупный поток лавы, последовавший за обрушением кальдеры. Предоставлено: НАСА / Лаборатория реактивного движения-Калтех.
Но на самом деле научная группа хотела знать, что в первую очередь привело к обрушению кальдеры - и они нашли свой ответ.
Вероятный виновник? Вентиляционные отверстия - отверстия, через которые течет лава - расположены на значительном расстоянии от вершины вулкана и на гораздо меньшей высоте.
«Иногда вулканы извергаются на вершине, но извержение также может происходить, когда лава прорывается через жерла, расположенные намного ниже вулкана», - сказал Пол Лундгрен из JPL, соавтор исследования. «Извержение через эти низко расположенные жерла, вероятно, привело к обрушению кальдеры».
Во время извержения поверхность вулкана деформируется или меняет форму. Цветные полосы в правом нижнем окне анимации показывают изменения от до и до середины извержения Килауэа в 2018 году. Чем ближе цветные полосы друг к другу, тем сильнее деформация в этой области - так же, как контурные линии на топографической карте обозначают быстро меняющуюся высоту. Предоставлено: Предоставлено: НАСА / Лаборатория реактивного движения - Калтех.
Лундгрен сравнивает этот тип вентиляционного отверстия с краном на складном кувшине для воды, который вы бы взяли с собой в поход. По мере того, как уровень воды падает к месту расположения крана, поток воды замедляется или останавливается. Точно так же, чем ниже по вулкану находится жерло (или «кран»), тем более длинная лава может течь, прежде чем достигнет точки остановки.
Большое количество магмы может быть быстро вытеснено из камеры (или камер) под вулканом через эти жерла, оставляя скалистый пол и стены кальдеры над камерой без достаточной поддержки. Затем порода кальдеры может обрушиться в магматический очаг.
Когда скала падает, она создает давление в магматических очагах - для Килауэа исследовательская группа определила два из них - увеличивая поток магмы к отдаленным жерлам, а также общий объем извержения. Повышение давления сродни сжатию кувшина с водой, чтобы вытеснить последнюю каплю воды.
После разработки своей модели этих процессов извержения, используя в своих интересах бесчисленное количество данных, доступных из Килауэа, они также сравнили прогнозы модели с наблюдениями по аналогичным извержениям, вызванным обрушением кальдеры на других вулканах. Результаты были последовательными. Несмотря на то, что модель не предсказывает, когда произойдет извержение вулкана, она может дать решающее представление о вероятной серьезности извержения, когда оно начнется.
«Если мы видим извержение в низко расположенной жерле, это красный флаг или предупреждение о возможном обрушении кальдеры», - сказал Роман. «Точно так же, если мы обнаружим землетрясения, связанные со скольжением каменной глыбы кальдеры, теперь мы знаем, что извержение, вероятно, будет намного сильнее, чем обычно».
Источник: «Динамика крупных эффузивных извержений, вызванных обрушением кальдеры» Альберто Роман и Пол Лундгрен, 14 апреля 2021 г., природа.
DOI: 10.1038/s41586-021-03414-5
