Inside Scientists'in hengenpelastava ennuste Islannin purkauksesta | Quanta-lehti

Marraskuussa 10, 2023, Kristín JónsdóttirIslannin ilmatieteen laitoksen tulivuoren tutkimusosaston johtajalla oli harvinainen vapaapäivä. "Se oli minun 50-vuotissyntymäpäiväni", hän sanoi. Sitten kaikki alkoi täristä. Hän vietti päivän tuijottaen puhelintaan ja katsellessaan maanjäristysten kukoistamista Islannin Reykjanesin niemimaan kartoilla.

Niemimaalla esiintyy halkeamia, joissa maa halkeaa ja laava vuotaa ulos. Lokakuun lopusta lähtien huomio oli keskittynyt niemimaan Svartsengin alueelle, jossa on suosittu Blue Lagoon -kylpylä, geoterminen voimalaitos ja Grindavíkin rannikkokaupunki. Niemimaan kolme viimeistä halkeaman purkausta olivat tulvineet yksittäisiä laaksoja tulella. Nyt kaupunki oli kuitenkin uhattuna.

Marraskuun 10. päivän tärinäten pyörre paljasti, että haudattu magmaattinen joki oli käärmeellä tiellään kohti Grindavíkia ja sen 3,600 XNUMX asukasta. Vielä huolestuttavampaa oli, että maanalaisesta joesta oli noussut oja – pystysuora magmakappale, joka muistuttaa nestemäisen tulen verhoa – ja pysähtyi vain syrjässä.

Nopeasti viranomaiset evakuoivat kaupungin. Ja sitten kaikki odottivat.

Joulukuun 18. päivänä tulivuoren halkeama halkaisi maan kaupungin koilliseen ja maalasi talvisen maaperän sulalla kivellä. Voimakas purkaus kesti muutaman päivän ja pysyi Grindavíkin ulkopuolella.

Sitten 3. tammikuuta kello 14 aamulla ne harvat asukkaat, jotka olivat palanneet koteihinsa, herättivät klaksoneja ja tekstiviestejä, joissa heitä kehotettiin pakenemaan. Toinen purkaus oli tunkeutunut kaupunkiin. Siihen mennessä, kun se päättyi noin 60 tuntia myöhemmin, useat talot olivat nielaistuneet, mutta kukaan ei ollut kuollut.

Grindavíkin asukkaat ovat henkensä velkaa aktiivisille paikallisviranomaisille, hätäpäälliköille ja maapallon sisätilojen tutkimukselle. Tiedemiehet olivat seuranneet magman liikettä dekoodaamalla seismiset aallot ja vääristymät planeetan kuoressa. Kartoittamalla niemimaan vulkaanista putkistoa he rakentavat paremman ymmärryksen vulkanismin toiminnasta yleensä ja pyrkivät myös tarjoamaan entistä tarkempia paikallisia ennusteita tulevaisuudessa.

Työ jatkuu; tämä tulivuoren kriisi ei ole kaukana ohi. Niemimaa, joka ei ollut purkautunut 800 vuoteen, on nyt herännyt, ja geologiset todisteet viittaavat siihen, että purkaukset voisivat jatkua vuosia, vuosikymmeniä tai jopa vuosisatoja.

"Olemme nähneet vain murto-osan laavasta nousevan", Jónsdóttir sanoi. "Luonto on synkkä."

Geofysiikan voima

Halkeamanpurkauksia - joita esiintyy myös muualla Islannissa sekä Havaijilla ja (useita vuosituhansia sitten) Idaho, New Mexico ja Kalifornia – on vaikea ennustaa. Toisin kuin klassisissa tulivuorenpurkauksissa, joissa on vuoristoinen maasto, on vaikea ennustaa tarkalleen, missä halkeamat toteutuvat.

Reykjanesin niemimaan halkeamatulkanismi on erityisen omituinen. Muinaiset laavavirrat, jotka ovat nyt jäätyneet paikalleen, paljastavat, että purkaukset ovat vaivanneet aluetta useiden vuosien ajan kerrallaan, mutta näiden jaksojen molemmilla puolilla tulivuoren toiminta oli poissa vuosisatojen ajan. Viimeinen purkauskausi päättyi vuonna 1240, ja se oli kolmas laatuaan niemimaalla viimeisten 4,000 800 vuoden aikana, ja jokaista klusteria erottaa noin kahdeksan vuosisataa. Mutta miksi tämä noin XNUMX vuoden jaksollisuus on olemassa? "Emme vieläkään tiedä, rehellisesti sanottuna", sanoi Alberto Caracciolo, geologi Islannin yliopistosta.

Se, että vulkanismia on ollenkaan, ei ole järkyttävää. Niemimaa istuu vaippapilven huipulla - a lämmön lähde nousemassa Maan ytimen ja vaipan rajalta. Ja se ulottuu Keski-Atlantin harjanteelle, purkaukselle alttiille ompeleille Euraasian ja Pohjois-Amerikan laattojen välissä. Reykjanesin tektoninen levottomuus on tehnyt alueesta yhden maailman tutkituimmista tulivuoristoalueista.

Joten vuonna 2020, kun kymmenet tuhannet järistykset alkoivat keinutella niemimaata ja maa alkoi turvota, tutkijat epäilivät, että meteli saattoi olla alkusoitto kahdeksan vuosisadan valmisteilla olevalle tulivuoren esille. Heidän piti vain selvittää missä. 

Metsästys Magma

Kun magma murtaa kiveä syvällä maankuoressa, se aiheuttaa maanjäristyksiä, joilla on selkeät tunnusmerkit. Nämä seismiset aallot ja niiden ominaisuudet antavat tutkijoille välittömimmät - ja vähiten moniselitteiset - vihjeet magman esiintymisestä ja kulkeutumisesta. Tulivuoren kriisin aikana "jos saisit vain yhden asian", sanoi Sam Mitchell, vulkanologi Bristolin yliopistosta, "se olisi sitä."

Liikkeessä oleva magma, jos se on riittävän matala, myös vääristää maata huomattavasti. Satelliitit käyttävät tutkaa tunnistaakseen korkeuden muutokset tuntien, päivien tai viikkojen aikana. Maan päällä sijaitsevat GPS-asemat tarjoavat myös korkearesoluutioisia, reaaliaikaisia ​​tietoja korkeuden muutoksista.

Jónsdóttir epäilee, että vuonna 2020 alkanut järistysten kakofonia johtui sekä magmaattisesta vaelluksesta että tektonisten levyjen liikkeestä. Islannissa Euraasian ja Pohjois-Amerikan laatat eivät erotu toisistaan ​​selkeästi, vaan naarmuuntuvat toisiaan vasten siirtyessään. Purkaussyklien väliin muodostuu runsaasti tektonista jännitystä. Sitten, kun magma tunkeutuu maanalaisiin rakoihin tätä rajaa pitkin, se laukaisee jännitteen vapautumisen voimakkaiden ja toistuvien järistysten muodossa.

Vuoden 2021 alussa tämä magmaattinen kone kuitenkin vaihtoi vaihdetta. Sekä korkeusmuutokset että seisminen hälinä viittasivat siihen, että magmaa kerääntyi Fagradalsfjallin alapuolelle, joka on pieni tulivuoren kukkula asumattoman laakson vieressä. Monien kuukausien ajan niemimaan syvän kuoren sisällä oli väreillyt pitkäaikaiset järistykset. Tämän tyyppisiä maanjäristyksiä "on nähty alla muut tulivuoret kaikkialla maailmassa, eikä niitä vieläkään täysin ymmärretä", sanoi Tom Winder, tulivuoren seismologi Islannin yliopistosta. Vaikka ne ovatkin arvoituksellisia, ne viittaavat siihen, että jotain hidasta on tapahtumassa – ehkä kuuman kiven asteittainen sirpaloituminen tai magmapilkkujen puristaminen kurotuksen läpi.

Sitten, 19. maaliskuuta 2021, niemimaa purkautui ensimmäistä kertaa kahdeksaan vuosisataan. Kuuden kuukauden ajan Fagradalsfjallin vieressä olevasta halkeamasta valui sulaa ainetta. Seurasi kaksi lyhyempää purkausta kesällä 2022 ja 2023.

Noiden basson kaltaisten pitkäaikaisten vapinausten lisäksi kolmea Fagradalsfjall-purkausta edeltänyt yleinen seisminen sinfonia viittasi magman kulkevan epätavallista tietä pintaan. Sen sijaan, että sula kivi olisi kerääntynyt matalaan kuoreen, se näytti lentävän suoraan pintaan suuresta syvyydestä - kuoren ja alla olevan kittimäisen vaipan välisestä rajasta. "Se on melko ennenkuulumatonta", Winder sanoi.

Verrattuna moniin Islannin vulkaanisiin järjestelmiin Fagradalsfjall toimi oudosti, mutta ainakin se tapahtui kaukana kenestäkään tai mistään.

Vasta lokakuussa 2023 tiedemiesten uteliaisuus muuttui ahdistukseksi, kun toiminta siirtyi infrastruktuurikuormitetulle Svartsengin alueelle etelässä.

Grindavíkin taistelu

Maaperä Svartsengin alueella oli noussut ja sitten lakannut kohoamasta useita kertoja vuodesta 2020 lähtien, mikä viittaa siihen, että magmaa saapui epäsäännöllisin väliajoin, vaikkakaan purkamatta. Mutta vuoden 2023 loppua kohti liikkeen tahti kiihtyi. Magma saapui alueelle nopeammin kuin koskaan. Marraskuun puoliväliin mennessä vain muutaman kilometrin päässä Svartsengin alapuolella istui norsun mittainen kynnys — vaakasuora magmakappale. "Kaikki olivat varpaillaan, emmekä tienneet, mitä seuraavaksi tapahtuisi", Jónsdóttir sanoi. Ei ollut selvää, missä tai milloin purkaus saattaa tapahtua.

Aluetta marraskuussa ravistellut järistykset auttoivat osoittamaan tietä. Aluksi niiden pelkkä määrä ylikuormitti Islannin ilmatieteen laitoksen seismisen valvontakyvyn, mutta henkilökunta onnistui nopeasti löytämään kuoron kaaoksesta ja tulkitsemaan sen sanat: Kiveä rikkovat järistykset tarkoittivat, että osa magmasta oli poistunut kynnykseltä ja siirtynyt sivuttain. Ja maata tarkkailevat satelliitit vahvistivat sen, mitä seismisyys ehdotti: Maa Svartsengin kynnyksen yläpuolella oli pudonnut magman valuessa.

Oli helppo nähdä, minne tuo magma oli kadonnut. Grindavíkin ympärillä oleva maa oli vajoamassa. Maata lukevalle vulkanologille tämä kuvio ei paljastanut magman puuttumista, vaan sen tunkeutumisen. Kynnykseltä poistunut magma oli siirtynyt sivusuunnassa ennen kuin kiiltoi ylöspäin suoraan Grindavíkin alapuolelle. Nousessaan tämä pystysuora magman lanka työnsi kiviseinät sivuilleen pois tieltä. Se puolestaan ​​sai langan yläpuolella olevan maan vajoamaan äskettäin luotuun tyhjyyteen. Myöhemmin tiedemiehet raportoisi että jossain vaiheessa 10. marraskuun järistysmyrskyn aikana noin 7,400 XNUMX kuutiometriä magmaa tulvi kynnyksestä jänteeseen joka sekunti.

Merkkejä tästä maanalaisesta sekoituksesta havaittiin myös geotermisen voimalaitoksen porareikien sisällä. Vulkaaniset kaasut, kuten rikkidioksidi, paeta magmasta matalissa syvyyksissä ja voi olla merkki lähestyvästä purkauksesta. Tiedemiehet näkivät kaasun ja paineen muutoksen kairarei'issä – toinen merkki magman liikkumisesta kohti kaupunkia.

Grindavíkin alla oli noussut kolossaalinen magman lanka, joka tunnetaan ojana, ja harja oli vain 800 metriä sen katujen alapuolella.

Tiedemiehet tunnistivat muutamassa tunnissa 10. marraskuun järistysmyrskyn jälkeen 10 mailia pitkän osan, jossa purkaus vaikutti erittäin todennäköiseltä. Se viipaloi Grindavíkin läpi vanhojen tulivuoren kraatterien sarjasta kaupungin koillispuolella sen lounaaseen. Keskiyöhön mennessä Islannin pelastuspalvelu oli evakuoinut kaupungin, ja rakennustyöntekijät rakensivat kiireesti suojamuureja alueille, jotka todennäköisimmin tulvivat laavasta.

Seuraavien viikkojen aikana geofysikaaliset havainnot paljastivat, että magmaa virtasi edelleen alueelle. Joulukuun 18. päivään mennessä tiedemiehet laskivat ilmapalloilualueen perusteella, että kynnykseen oli kertynyt noin 11 miljoonaa kuutiometriä tuoretta magmaa. Se näytti olevan suunnilleen niin paljon kuin siihen mahtui. Sinä päivänä toinen meluisa magmavirta lähti kynnykseltä ja täytti padon. Kiviä särkevät järistykset varoittivat tutkijoita siitä, että magma oli vihdoin murtamassa pintaa, ja 90 minuuttia näiden järistysten alkamisen jälkeen "meillä oli purkaus", Jónsdóttir sanoi. "Se oli todella nopea tapahtuma." Muutaman seuraavan päivän aikana purkaus tyhjensi padon tarpeeksi, jotta se vakiintui ja asettui.

Sama kuvio toistui ennen tammikuun 14. päivän purkausta: 12 miljoonaa kuutiometriä magmaa täytti kynnyksen ennen kuin laukaisi purkauksen neljä tuntia myöhemmin. Tällä kertaa helvetin ainetta tihkui ulos 3,000 jalkaa pitkästä halkeamasta, joka ilmestyi lähellä yhtä kaupungin pohjoispuolella olevista suojamuureista ja joka onnistui kääntämään laavan. Mutta toinen, pienempi halkeama ilmestyi aivan kaupungin reunalle, muurin taakse, ja tuhosi kolme taloa.

Sen jälkeen kynnys alkoi taas täyttyä. Tässä vaiheessa tiedemiehet olivat laskeneet, että purkaus olisi erittäin todennäköinen, kun kynnys täyttyy vähintään 9 miljoonalla kuutiometrillä sulaa ainetta. Helmikuun alussa kynnys oli ylittänyt kynnyksen, ja 8. helmikuuta alkoi uusi purkaus. Joulukuun purkauksen paikan lähelle avautui 3 kilometriä pitkä halkeama, joka ohjasi laavan pois Grindavíkista, mutta kohti putkea, joka toimittaa kuumaa vettä suurelle osalle niemimaata.

Ja niin kierre jatkuu.

Geokemialliset paljastukset

Geofysikaaliset tekniikat, joita tutkijat käyttävät ottamaan Svartsengin magmaattisen sydämen pulssin, eivät vain seuraa vaaraa reaaliajassa. Ne auttavat myös rakentamaan kuvan valtimoista, jotka suppiloivat kaiken magman pintaan – mikä on ratkaisevan tärkeää koko niemimaan ymmärtämiselle ja sen käyttäytymiselle pidemmällä aikavälillä.

Fagradalsfjall ja Svartsengi - kaksi tällä hetkellä aktiivista vulkaanista järjestelmää - ovat vain muutaman mailin päässä toisistaan. Läheisyydestään huolimatta geologiset todisteet viittaavat vahvasti siihen, että ne ovat erillisiä järjestelmiä. Heidän maanalaiset arkkitehtuurinsa ovat selvästi erilaisia. Fagradalsfjallilla magma ryntää vaipasta suoraan pintaan, kun taas Svartsengissä se on väliaikaisesti varastoituneena matalaan kuoreen.

Ja silti, hämmentävää, nämä kaksi järjestelmää näyttävät ammeneen materiaalia samasta lähteestä Maan vaipassa, mikä viittaa syvään yhteyteen.

Ed MarshallIslannin yliopiston geokemisti on tutkinut molemmissa paikoissa purkautunutta laavaa selvittääkseen, kuinka nämä kaksi tulivuorta ovat yhteydessä toisiinsa ja miksi ne ovat purkaneet vuorotellen. "Haluat pysäköidä paikkaan, josta kaasu ja laava eivät vie sinua ulos", hän sanoi. Sitten "kävelet sisään, otat näytteen ja pääset ulos."

Yleensä Islannin laavassa on samanlaisia ​​​​kemiallisia kuvioita. Mutta "Fagradalsfjallilla on maailman oudoin sulakekemia", Marshall sanoi viitaten erityiseen alkuaineiden ja yhdisteiden sekoitukseen, jotka muodostavat sen magmaattisen keiton. "Se ei itse asiassa ole vain outoa. Se on ainutlaatuinen.” Ainutlaatuista, paitsi että Svartsengi-laavalla on lähes täsmälleen samat kemialliset sormenjäljet, vaikka Fagradalsfjall ja Svartsengi ovat näennäisesti itsenäisiä vulkaanisia järjestelmiä. "Tässä ei ole mitään järkeä", Marshall sanoi. "Luonto vain sotkee ​​meitä tässä vaiheessa."

Mutta "jos asiat ovat fyysisesti yhteydessä toisiinsa", hän sanoi, "se on melko tyylikäs ratkaisu koko ongelmaan."

Niemimaan vulkanismin seisminen analyysi on käynnissä. Tutkijat toivovat voivansa ennustaa, missä se ilmestyy seuraavaksi tulevina kuukausina ja vuosina, kuten he tekivät viimeaikaisten purkausten yhteydessä. Aluksi, Halldór GeirssonIslannin yliopiston geofyysikko ja hänen kollegansa käyttävät satelliittitutkaa kartoittamaan niemimaalla olevia vikoja ja murtumia tämän levottomuuden aikana, minkä he ehdottavat. voi paljastaa piilotettuja vikoja, mukaan lukien ne, jotka saattavat olla tulevien halkeamien purkauksia.

Ei ole takeita siitä, että myöhemmät purkaukset noudattavat samaa kaavaa kuin Svartsengin viimeaikaiset purkaukset - järjestelmän kynnyspadon sydän ei välttämättä ole kiinteä ominaisuus. "Joka kerta kun purkautuu, vaihdat putkijärjestelmää. Se ei palaudu nollaan", Mitchell sanoi.

Grindavíkin tuleva asumiskelpoisuus on avoin kysymys, ja jää nähtäväksi, kohtaavatko niemimaan muut kaupungit laavavirtoja. Reykjanesin niemimaan uusi hypervulkaaninen aikakausi on juuri alkanut, ja se voi kestää vuosia, vuosikymmeniä, ehkä jopa vuosisatoja.

"Valitettavasti ei ole tulossa hyviä uutisia", Jónsdóttir sanoi.