Inside Teadlaste elupäästev ennustus Islandi purske kohta | Ajakiri Quanta

Novembril 10, 2023, Kristín JónsdóttirIslandi meteoroloogiaameti vulkaaniuuringute osakonna juhatajal oli haruldane puhkepäev. "See oli mu 50. sünnipäev," ütles ta. Siis hakkas kõik värisema. Ta veetis päeva oma telefoni vahtides, vaadates maavärinaid Islandi Reykjanesi poolsaare kaartidel.

Poolsaarel esineb lõhepurskeid, kus maapind lõheneb ja laava valgub välja. Alates oktoobri lõpust on tähelepanu pööratud poolsaare Svartsengi piirkonnale, kus asub populaarne Blue Lagoon spaa, geotermiline elektrijaam ja rannikulinn Grindavík. Poolsaare kolm viimast lõhepurset olid üksikud orud tulega üle ujutanud. Nüüd oli linn aga ohus.

10. novembril toimunud värinate keeris paljastas, et maetud magmaatiline jõgi oli maoga teel Grindavíki ja selle 3,600 elaniku poole. Veelgi ängistavam on see, et maa-alusest jõest oli välja voolanud tamm – vertikaalne magmakeha, mis sarnanes vedela tule eesriidega, peatudes pinnast eemal.

Võimud evakueerisid linna kiiresti. Ja siis kõik ootasid.

18. detsembril lõikas vulkaanilõhe maapinna linna kirdesse ja värvis talvise pinnase sulakiviga. Intensiivne purse kestis paar päeva ja jäi Grindavíkist väljapoole.

Seejärel äratasid 3. jaanuaril kell 14 öösel üksikud kodudesse naasnud elanikud klaksonid ja põgenemist käskivad tekstisõnumid. Linna oli vallutanud järjekordne purse. Selleks ajaks, kui see umbes 60 tundi hiljem lõppes, oli mitu maja alla neelatud, kuid keegi polnud surnud.

Grindavíki elanikud võlgnevad oma elu proaktiivsetele kohalikele võimudele, hädaabijuhtidele ja Maa sisemuse uurimisele. Teadlased olid jälginud magma liikumist, dekodeerides planeedi maakoores seismilisi laineid ja moonutusi. Kaardistades poolsaare vulkaanilist torustikku, loovad nad parema arusaama vulkanismi üldisest toimimisest, püüdes samal ajal pakkuda tulevikus veelgi täpsemaid kohalikke prognoose.

Töö käib; see vulkaaniline kriis pole kaugeltki lõppenud. Poolsaar, mis polnud 800 aastat purset näinud, on nüüd ärganud ja geoloogilised tõendid näitavad, et pursked võivad kesta aastaid, aastakümneid või isegi sajandeid.

"Oleme näinud vaid murdosa laavast tõusmas," ütles Jónsdóttir. "Loodus on sünge."

Geofüüsika jõud

Lõhede pursked – mida esineb ka mujal Islandil, samuti Hawaiil ja (mitu aastatuhandet tagasi) Idaho, New Mexico ja California – on raske ennustada. Erinevalt klassikalistest mägise pinnavormiga vulkaanipursetest on raske täpselt ennustada, kus praod realiseeruvad.

Eriti omapärane on Reykjanesi poolsaare lõhevulkanism. Muistsed laavavoolud, mis on nüüdseks külmunud, näitavad, et pursked on piirkonda vaevanud mitu aastat korraga, kuid mõlemal pool neid episoode ei olnud vulkaanilist tegevust sajandeid. Viimane pursete periood lõppes aastal 1240 ja see oligi kolmas omataoline poolsaarel viimase 4,000 aasta jooksul, kusjuures iga klastrit on eraldanud ligikaudu kaheksa sajandit. Aga miks see ligikaudu 800-aastane perioodilisus eksisteerib? "Ausalt öeldes me veel ei tea," ütles Alberto Caracciolo, Islandi ülikooli geoloog.

See, et vulkanism on üldse olemas, pole šokeeriv. Poolsaar asub mantli tulva otsas - a soojuse allikas tõuseb Maa südamiku ja vahevöö piirilt. Ja see ulatub Kesk-Atlandi harjani, purskeohtlikule õmblusele Euraasia ja Põhja-Ameerika plaatide vahel. Reykjanesi tektooniline rahutus on muutnud piirkonna üheks enim uuritud vulkaaniliseks piirkonnaks maailmas.

Niisiis 2020. aastal, kui poolsaart hakkasid kõigutama kümned tuhanded maavärinad ja maapind paisuma, kahtlustasid teadlased, et see segadus võib olla eelmänguks kaheksa sajandit kestnud vulkaanilisele esinemisele. Nad pidid vaid aru saama, kus. 

Magma jaht

Kui magma purustab sügaval maakoores olevad kivimid, tekitab see selgelt eristatavate tunnustega maavärinaid. Need seismilised lained ja nende omadused annavad teadlastele kõige vahetumad ja kõige vähem mitmetähenduslikud vihjed magma olemasolu ja rände kohta. Vulkaanilise kriisi ajal, "kui teil oleks ainult üks asi," ütles Sam Mitchell, Bristoli ülikooli vulkanoloog, "oleks see nii."

Liikuva magma, kui see on piisavalt madal, deformeerib ka maapinda märgatavalt. Satelliidid kasutavad radarit, et tuvastada kõrguse muutusi tundide, päevade või nädalate jooksul. Maapealsed GPS-jaamad pakuvad ka kõrge eraldusvõimega reaalajas teavet kõrguse muutuste kohta.

Jónsdóttir kahtlustab, et 2020. aastal alanud maavärinate kakofoonia oli tingitud nii magmaatilisest rändest kui ka tektooniliste plaatide liikumisest. Islandil ei eraldu Euraasia ja Põhja-Ameerika plaadid puhtalt, vaid kraabivad nihkudes üksteise vastu. Pursketsüklite vahel koguneb palju tektoonilist pinget. Siis, kui magma ussitab mööda seda piiri maa-alustesse lõhedesse, vallandab see selle pinge tugevate ja sagedaste maavärinate näol.

2021. aasta alguses vahetas see magmamasin aga käike. Nii kõrguse muutused kui ka seismiline segadus viitasid sellele, et magma kogunes Fagradalsfjalli alla, mis on asustamata oru kõrval asuv väike vulkaaniline küngas. Paljud kuud olid poolsaare sügavas maakoores värisenud pikaajalised maavärinad. Seda tüüpi maavärinaid "on nähtud all teised vulkaanid üle kogu maailma ja neid ei mõisteta ikka veel täielikult, ”ütles Tom Winder, Islandi ülikooli vulkaani seismoloog. Kuigi need on mõistatuslikud, viitavad need sellele, et toimub midagi aeglast – võib-olla kuuma kivimi järkjärguline killustumine või kitsendusest läbi suruvad magma laigud.

Seejärel, 19. märtsil 2021, purskas poolsaar esimest korda kaheksa sajandi jooksul. Kuus kuud voolas Fagradalsfjalli kõrval asuvast lõhest sulaainet. Järgnes kaks lühemat purset, 2022. ja 2023. aasta suvel.

Peale nende bassilaadsete pikaajaliste värisemiste viitas kolmele Fagradalsfjalli puhangule eelnenud üldine seismiline sümfoonia, et magma liigub pinnale ebatavalist teed. Selle asemel, et koguneda madalasse maakoore, paistis sulakivi otse maapinnale suurest sügavusest – maakoore ja selle all oleva pahtlitaolise vahevöö vahelisest piirist. "See on üsna ennekuulmatu," ütles Winder.

Võrreldes paljude Islandi vulkaanisüsteemidega käitus Fagradalsfjall kummaliselt, kuid vähemalt juhtus see kaugel kellestki või millestki.

Alles 2023. aasta oktoobris muutus teadlaste uudishimu ärevuseks, kui tegevus nihkus taristuga koormatud Svartsengi piirkonda lõunas.

Grindavíki lahing

Svartsengi piirkonna maapind oli alates 2020. aastast mitu korda tõusnud, seejärel peatunud, mis viitab sellele, et magma saabus ebaregulaarsete ajavahemike järel, kuigi ilma purskamata. Kuid 2023. aasta lõpu poole muutus liikumistempo kiireks. Magma sisenes piirkonda kiiremini kui kunagi varem. Novembri keskpaigaks asus vaid mõne kilomeetri kaugusel Svartsengist elevandikujuliste proportsioonidega künnis – horisontaalne magmakeha. "Kõik olid käpuli ja me ei teadnud tegelikult, mis edasi saab," ütles Jónsdóttir. Polnud selge, kus või millal purse aset leida võib.

Novembris piirkonda raputanud maavärinad aitasid suuna näidata. Algselt koormas nende tohutu arv Islandi meteoroloogiaameti seismilise seire võimeid, kuid töötajatel õnnestus kiiresti kaoses esinev koor üles leida ja selle sõnad lahti mõtestada: kivipurustavad maavärinad tähendasid, et osa magmast oli künniselt lahkunud ja külili liikunud. Ja maapealsed seiresatelliidid kinnitasid seda, mida seismilisus viitas: Svartsengi künnise kohal olev maa oli magma äravoolu tõttu maha kukkunud.

Oli lihtne näha, kuhu see magma oli kadunud. Maapind Grindavíki ümber vajus. Maad lugenud vulkanoloogile näitas see muster mitte magma puudumist, vaid selle sissetungi. Künnisest lahkunud magma oli liikunud külili, enne kui paiskus otse Grindavíki alla ülespoole. Tõusmisel lükkas see vertikaalne magma kõõlus kiviseinad oma külgedele teelt välja. See omakorda põhjustas kõõla kohal oleva maa vajumise vastloodud tühjusesse. Hiljem teadlased teataks et ühel hetkel 10. novembri maavärina ajal paiskus künniselt kõõlusesse umbes 7,400 kuupmeetrit magmat.

Selle maa-aluse segamise märke märgati ka geotermilise elektrijaama puuraukude sees. Vulkaanilised gaasid, nagu vääveldioksiid, põgeneda magma eest madalal sügavusel ja võib anda märku eelseisvast purskest. Teadlased nägid seda gaasi ja rõhu muutust puuraukudes – see on veel üks märk sellest, et magma liigub linna poole.

Grindavíki all oli võrsunud kolossaalne magma kõõlus, tuntud kui tamm, mille hari oli vaid 800 meetrit selle tänavate all.

Mõne tunni jooksul pärast 10. novembri maavärina tormi tuvastasid teadlased 10 miili pikkuse maatüki, kus purse tundus väga tõenäoline. See läbis Grindavíki linnast kirdes asuvast vanade vulkaanikraatrite jadast edelasse. Südaööks oli Islandi kodanikukaitse linna evakueerinud ja ehitustöölised ehitasid kiiruga kaitsemüüre piirkondadesse, mida tõenäoliselt laava üle ujutab.

Järgmise paari nädala jooksul näitasid geofüüsikalised vaatlused, et magma voolab piirkonda endiselt. 18. detsembriks arvutasid teadlased õhupalliväljaku põhjal välja, et künnisele oli kogunenud umbes 11 miljonit kuupmeetrit värsket magmat. Seda näis olevat umbes nii palju, kui sinna mahtus. Sel päeval lahkus künnisest veel üks mürarikas magmavool ja täitis tammi üle. Kive purustavad maavärinad hoiatasid teadlasi, et magma teeb lõpuks maapinna murdu, ja 90 minutit pärast nende maavärinate algust oli meil purse, ütles Jónsdóttir. "See oli tõesti kiire üritus." Järgmise paari päeva jooksul tühjendas purse tammi piisavalt, et see stabiliseeruks ja settiks.

See muster kordus enne 14. jaanuari purset: künnisele täitis 12 miljonit kuupmeetrit magmat, enne kui neli tundi hiljem puhkes. Seekord imbus põrgulik aine 3,000 jala pikkusest praost, mis tekkis linna põhjaosas ühe kaitsemüüri lähedal ja mis suutis laava kõrvale juhtida. Kuid teine, väiksem lõhe tekkis otse linna servale müüri taha ja hävitas kolm maja.

Pärast seda hakkas künnis uuesti paisuma. Selleks hetkeks olid teadlased välja arvutanud, et purse muutub väga tõenäoliseks, kui künnis täitub vähemalt 9 miljoni kuupmeetri sulaainega. Veebruari alguseks oli künnis selle läve ületanud ja 8. veebruaril algas järjekordne purse. Detsembripurske koha lähedal avanes 3 kilomeetri pikkune lõhe, mis suunas laavat Grindavíkist eemale, kuid toru poole, mis varustab kuuma veega suurt osa poolsaarest.

Ja nii tsükkel jätkub.

Geokeemilised ilmutused

Geofüüsikalised tehnikad, mida teadlased kasutavad Svartsengi magmaatilise südame impulsi mõõtmiseks, ei jälgi mitte ainult ohtu reaalajas. Samuti aitavad nad luua pilti arteritest, mis kogu selle magma pinnale suunavad – mis on ülioluline kogu poolsaare mõistmiseks ja selle käitumise mõistmiseks pikema aja jooksul.

Fagradalsfjall ja Svartsengi - kaks praegu aktiivset vulkaanilist süsteemi - on eraldatud vaid mõne miili kaugusel. Vaatamata nende lähedusele viitavad geoloogilised tõendid kindlalt, et need on erinevad süsteemid. Nende maa-alune arhitektuur on ilmselgelt erinev. Fagradalsfjallis tormab magma vahevööst otse pinnale, Svartsengis aga hoitakse seda ajutiselt madalas maakoores.

Ja siiski, mõistatuslikult näivad need kaks süsteemi ammutavat materjali Maa vahevöö samast allikast, mis viitab sügavale seosele.

Ed Marshall, Islandi ülikooli geokeemik, on uurinud mõlemas kohas vulkaanipursketest värskelt kühveldatud laavat, et teha kindlaks, kuidas need kaks vulkaanisüsteemi on omavahel seotud ja miks need vaheldumisi purskavad. "Tahate parkida kohta, kust gaas ja laava teid välja ei vii," ütles ta. Siis „saad sisse, võtad proovi ja saad välja.

Üldiselt on Islandi laavadel sarnased keemilised mustrid. Kuid "Fagradalsfjallil on maailma kõige veidram sulamiskeemia," ütles Marshall, viidates elementide ja ühendite spetsiifilisele segule, mis moodustab selle magmaatilise supi. "See pole tegelikult lihtsalt imelik. See on ainulaadne.» Ainulaadne, see tähendab, välja arvatud see, et Svartsengi laavas on peaaegu täpselt samad keemilised sõrmejäljed, kuigi Fagradalsfjall ja Svartsengi on näiliselt iseseisvad vulkaanilised süsteemid. "Sellel pole absoluutselt mõtet," ütles Marshall. "Loodus ajab meiega praegu lihtsalt segadusse."

Kuid "kui asjad on sügavalt füüsiliselt ühendatud," ütles ta, "on see kogu probleemile üsna elegantne lahendus."

Poolsaare vulkanismi seismiline analüüs on pooleli. Teadlased loodavad, et suudavad lähikuudel ja aastatel ennustada, kus see järgmisena ilmneb, nagu tehti hiljutiste pursete puhul. Alustuseks Halldór Geirsson, Islandi ülikooli geofüüsik ja tema kolleegid kasutavad satelliitradarit, et kaardistada poolsaarel sel rahutusperioodil esinevaid rikkeid ja murde, mida nad soovitavad. võib paljastada varjatud vigu, sealhulgas need, mis võivad olla tulevaste lõhede pursete kohad.

Ei ole mingit garantiid, et järgnevad pursked järgivad sama mustrit nagu Svartsengi hiljutised pursked – süsteemi künnivalli süda ei pruugi olla fikseeritud funktsioon. "Iga kord, kui teil on purse, muudate torustikusüsteemi. See ei lähtesta nulli tagasi, ”ütles Mitchell.

Grindavíki tulevane elamiskõlblikkus on lahtine küsimus ja jääb üle oodata, kas poolsaare teised linnad seisavad silmitsi laavavooludega. Reykjanesi poolsaare uus hüpervulkaaniline ajastu on just alanud ja see võib kesta aastaid, aastakümneid, võib-olla isegi sajandeid.

"Kahjuks pole häid uudiseid ees," ütles Jónsdóttir.