Az Inside Scientists életmentő előrejelzése az izlandi kitörésről | Quanta Magazin

November 10, 2023, Kristín Jónsdóttir, az Izlandi Meteorológiai Hivatal vulkánkutatási osztályának vezetője, ritka szabadnapot töltött. „Ez volt az 50. születésnapom” – mondta. Aztán minden remegni kezdett. Egész nap a telefonját bámulva nézte az izlandi Reykjanes-félsziget térképein virágzó földrengéseket.

A félszigeten repedéskitörések tapasztalhatók, ahol a föld felhasad, és kiömlik a láva. Október vége óta a figyelem a félsziget Svartsengi régiójára összpontosult, amely a népszerű Blue Lagoon gyógyfürdőnek, egy geotermikus erőműnek és Grindavík tengerparti városának ad otthont. A félsziget utolsó három repedéskitörése elszigetelt völgyeket öntött el tűzzel. Most azonban a város veszélyben volt.

A november 10-i vibráló forgatag feltárta, hogy egy eltemetett magmás folyó kígyózott Grindavík és 3,600 lakosa felé. Még aggasztóbb, hogy egy töltés – egy függőleges magmatest, amely folyékony tűzfüggönyhöz hasonlított – szökött ki a földalatti folyóból, megtorpanva a felszíntől.

A hatóságok gyorsan kiürítették a várost. És akkor mindenki várt.

December 18-án egy vulkáni hasadék hasította a földet a város északkeleti részébe, és olvadt kővel festette be a téli talajt. Az intenzív kitörés néhány napig tartott, és Grindavíkon kívül maradt.

Január 3-én hajnali 14-kor az otthonukba visszatért néhány lakost klaxonok és menekülésre felszólító SMS-ek ébresztették. Újabb kitörés támadta meg a várost. Mire körülbelül 60 órával később véget ért, több házat elnyeltek, de senki sem halt meg.

Grindavík lakói a proaktív helyi hatóságoknak, a katasztrófaelhárításnak és a Föld belsejének tanulmányozásának köszönhetik életüket. A tudósok a földkéreg szeizmikus hullámainak és torzulásainak dekódolásával követték nyomon a magma mozgását. A félsziget vulkáni vízvezetékeinek feltérképezésével jobban megértik a vulkanizmus általános működését, miközben a jövőben még pontosabb helyi előrejelzéseket kívánnak nyújtani.

A munka folyamatban van; ennek a vulkáni válságnak még koránt sincs vége. Egy félsziget, amely 800 éve nem látott kitörést, most felébredt, és a geológiai bizonyítékok arra utalnak, hogy a kitörések évekig, évtizedekig vagy akár évszázadokig is folytatódhatnak.

„Csak a láva töredékét láttuk feljönni” – mondta Jónsdóttir. – A természet komor.

A geofizika ereje

Repedéskitörések – amelyek másutt is előfordulnak Izlandon, valamint Hawaii-on és (több évezreddel ezelőtt) Idaho, Új-Mexikó és Kalifornia – nehéz előre jelezni. A klasszikus vulkánkitörésekkel ellentétben, amelyek hegyvidéki domborzati formát mutatnak, nehéz megjósolni, hogy pontosan hol keletkeznek majd a repedések.

A Reykjanes-félsziget hasadékvulkanizmusa különösen sajátos. Az ősi lávafolyamok, amelyek mára a helyükre fagytak, azt mutatják, hogy a kitörések sok éven át sújtották a régiót, de ezeknek az epizódoknak mindkét oldalán a vulkáni tevékenység évszázadokig hiányzott. A kitörések utolsó időszaka 1240-ben ért véget, és ez volt a harmadik a maga nemében a félszigeten az elmúlt 4,000 évben, az egyes klasztereket nagyjából nyolc évszázad választotta el egymástól. De miért létezik ez a nagyjából 800 éves periódus? – Őszintén szólva még mindig nem tudjuk – mondta Alberto Caracciolo, az Izlandi Egyetem geológusa.

Az, hogy egyáltalán létezik vulkanizmus, nem sokkoló. A félsziget egy köpenycsóva tetején ül – a hőforrás a Föld mag-köpeny határától emelkedve. És a Közép-Atlanti-hátságon, az eurázsiai és észak-amerikai lemezek közötti kitörésre hajlamos varraton terül el. Reykjanes tektonikus nyugtalansága a területet a világ egyik leginkább vizsgált vulkáni régiójává tette.

Így 2020-ban, amikor több tízezer rengés rázta meg a félszigetet, és a talaj duzzadni kezdett, a tudósok azt gyanították, hogy a felfordulás egy nyolc évszázada készülő vulkáni teljesítmény előjátéka lehet. Csak azt kellett kitalálniuk, hogy hol. 

Vadászat Magma

Amikor a magma mélyen megtöri a sziklát a földkéregben, határozott jelekkel rendelkező földrengéseket hoz létre. Ezek a szeizmikus hullámok és tulajdonságaik a legközvetlenebb – és legkevésbé félreérthető – nyomokat adják a tudósoknak a magma jelenlétéről és vándorlásáról. Egy vulkáni válság idején „ha csak egy dolgot kaphatna” – mondta Sam Mitchell, a Bristoli Egyetem vulkanológusa, „az lenne az”.

A magma mozgás közben, ha elég sekély, szintén érezhetően deformálja a talajt. A műholdak radar segítségével azonosítják a magasság változásait órák, napok vagy hetek során. A földi GPS-állomások nagy felbontású, valós idejű információkat is szolgáltatnak a magasságváltozásokról.

Jónsdóttir azt gyanítja, hogy a 2020-ban kezdődő rengések kakofóniája a magmás vándorlásnak és a tektonikus lemezek mozgásának volt köszönhető. Izlandon az eurázsiai és észak-amerikai lemezek nem válnak el tisztán, hanem egymáshoz kaparódnak, ahogy eltolódnak. A kitörési ciklusok között rengeteg tektonikus feszültség halmozódik fel. Aztán amikor a magma beférkőzik a föld alatti hasadékokba e határ mentén, erős és gyakori rengések formájában feloldja ezt a feszültséget.

2021 elején azonban ez a magmás gép sebességet váltott. Mind a magasságváltozások, mind a szeizmikus zűrzavar arra utalt, hogy a magma összegyűlik a Fagradalsfjall alatt, egy kis vulkáni halomban, egy lakatlan völgy mellett. Hosszú hónapokig hosszan tartó rengések reszkettek a félsziget mély kérgében. Ilyen típusú földrengéseket „láttak lent más vulkánok szerte a világon, és még mindig nem értik teljesen” – mondta Tom Winder, az Izlandi Egyetem vulkán szeizmológusa. Bár rejtélyesek, azt sugallják, hogy valami lassú történik – talán a forró kőzet fokozatos feldarabolódása, vagy a magmafoltok, amelyek egy szűkületen préselődnek át.

Aztán 19. március 2021-én nyolc évszázad után először tört ki a félsziget. Hat hónapig olvadt anyag szökött ki a Fagradalsfjall melletti hasadékból. Két rövidebb kitörés következett, 2022 és 2023 nyarán.

Eltekintve azoktól a basszusszerű, hosszú periódusú remegésektől, a három Fagradalsfjall-kitörést megelőző szeizmikus szimfónia azt sugallta, hogy a magma szokatlan úton halad a felszín felé. Ahelyett, hogy a sekély kéregben összegyűlt volna, az olvadt kőzet úgy tűnt, mintha nagy mélységből egyenesen a felszín felé repült volna – a kéreg és az alatta lévő, gittszerű köpeny közötti határvonalról. – Eléggé hallatlan – mondta Winder.

Sok izlandi vulkáni rendszerhez képest a Fagradalsfjall furcsán viselkedett, de legalábbis ez senkitől és semmitől távol történt.

Csak 2023 októberében fordult a tudósok kíváncsisága szorongásba, amikor az aktivitás a délre fekvő, infrastruktúrával terhelt Svartsengi régióra terelődött.

A grindavíki csata

A Svartsengi régióban a talaj megemelkedett, majd megállt, 2020 óta többször is, ami arra utal, hogy a magma szabálytalan időközönként érkezik, bár kitörés nélkül. De 2023 vége felé a mozgás üteme megugrott. A Magma gyorsabban lépett be a régióba, mint valaha. November közepén egy elefántméretű küszöb – vízszintes magmatest – ült, alig néhány kilométerrel Svartsengi alatt. „Mindenki a lábán volt, és nem igazán tudtuk, mi fog ezután történni” – mondta Jónsdóttir. Nem volt világos, hol és mikor kerülhet sor a kitörésre.

A régiót novemberben megrázó rengések segítettek utat mutatni. Kezdetben hatalmas számuk túlterhelte az Izlandi Meteorológiai Hivatal szeizmikus megfigyelő képességeit, de a személyzetnek gyorsan sikerült megtalálnia a kórust a káoszban, és megfejteni a dalszöveget: A sziklatörő rengések azt jelentette, hogy néhány magma elhagyta a küszöböt és oldalra mozdult. A földi megfigyelő műholdak pedig megerősítették azt, amit a szeizmicitás sugallt: Svartsengi küszöbe fölött a talaj leesett, ahogy a magma kiürült.

Könnyű volt látni, hová tűnt az a magma. Grindavík körül a talaj süllyedt. Egy vulkanológus számára, aki a földet olvasta, ez a minta nem a magma hiányát, hanem annak behatolását tárta fel. A küszöböt elhagyó magma oldalra mozdult, mielőtt felfelé csillogott közvetlenül Grindavík alatt. Ahogy emelkedett, ez a függőleges magmainda oldalára lökte az útból a sziklafalakat. Ez viszont azt okozta, hogy az inda feletti föld az újonnan keletkezett űrbe süllyedt. Később a tudósok jelentené hogy a november 10-i földrengés egy pontján másodpercenként mintegy 7,400 köbméter magma zúdult a küszöbről az indába.

Ennek a földalatti csoszogónak a jeleit a geotermikus erőmű fúrásaiban is észlelték. Vulkáni gázok, mint a kén-dioxid, menekülés a magmától sekély mélységben, és jelezheti a közelgő kitörést. A tudósok azt látták, hogy a gáz és a nyomás változása a fúrásokon belül – egy újabb jele annak, hogy a magma a város felé halad.

Grindavík alatt egy kolosszális magmainda, más néven gát, sarjadt ki, melynek címere mindössze 800 méterrel az utcái alatt.

A november 10-i földrengés után néhány órával a tudósok azonosítottak egy 10 mérföld hosszú földrészt, ahol nagyon valószínűnek tűnt a kitörés. Grindavíkon átvágott egy sor régi vulkáni krátertől a várostól északkeletre délnyugatra. Éjfélre az izlandi polgári védelem kiürítette a várost, és az építőmunkások sietve védőfalakat építettek azokon a területeken, amelyeket valószínűleg elönt a láva.

A következő hetekben a geofizikai megfigyelések felfedték, hogy a magma még mindig beáramlik a régióba. December 18-ig a tudósok a ballonos talaj alapján kiszámították, hogy körülbelül 11 millió köbméter friss magma halmozódott fel a küszöbben. Ez nagyjából annyinak tűnt, amennyit elfér. Azon a napon egy újabb zajos magmafolyás hagyta el a küszöböt, és túltöltötte a gátat. A sziklatörések figyelmeztették a tudósokat, hogy a magma végre megtöri a felszínt, és 90 perccel a rengések kezdete után „megvolt a kitörés” – mondta Jónsdóttir. – Nagyon gyors esemény volt. A következő néhány napban a kitörés eléggé kimerítette a gátat ahhoz, hogy az stabilizálódjon és leülepedjen.

Ez a minta megismétlődött a január 14-i kitörés előtt: 12 millió köbméter magma töltötte be a küszöböt, mielőtt négy órával később kitörést váltott volna ki. Ezúttal pokolbéli anyag szivárgott ki egy 3,000 méter hosszú repedésből, amely a város északi részén, az egyik védőfal közelében keletkezett, és sikerült elterelnie a lávát. De egy második, kisebb hasadék megjelent közvetlenül a város szélén, a fal mögött, és három házat rombolt le.

Utána a küszöb ismét felfújódni kezdett. Ekkorra a tudósok úgy számoltak, hogy a kitörés nagyon valószínű, ha a küszöb megtelik legalább 9 millió köbméter olvadt anyaggal. Február elejére a küszöb átlépte ezt a küszöböt, és február 8-án újabb kitörés kezdődött. Egy 3 kilométer hosszú hasadék nyílt meg a decemberi kitörés helyén, és a lávát Grindavíktól távolabb, de a félsziget nagy részét meleg vízzel ellátó cső felé terelte.

És így a ciklus folytatódik.

Geokémiai kinyilatkoztatások

A geofizikai technikák, amelyeket a tudósok használnak Svartsengi magmás szívének pulzusának mérésére, nem csak valós időben követik nyomon a veszélyt. Segítenek képet alkotni azokról az artériákról is, amelyek az összes magmát a felszínre juttatják – ami kulcsfontosságú az egész félsziget megértéséhez, és annak megértéséhez, hogyan viselkedhet hosszabb időn belül.

A Fagradalsfjall és a Svartsengi – a két jelenleg aktív vulkáni rendszer – mindössze néhány mérföld választja el egymástól. Közelségük ellenére a geológiai bizonyítékok határozottan arra utalnak, hogy különálló rendszerekről van szó. A földalatti felépítésük nyilvánvalóan különbözik. A Fagradalsfjallban a magma a köpenyből egyenesen a felszínre zúdul, míg Svartsengiben átmenetileg a sekély kéregben tárolódik.

Mégis, rejtélyes módon, úgy tűnik, hogy a két rendszer ugyanabból a forrásból merít anyagot a Föld köpenyében, ami mély kapcsolatra utal.

Ed Marshall, az Izlandi Egyetem geokémikusa mindkét helyszínen kitörésekből származó frissen kiszedett lávát tanulmányozott, hogy megpróbálja megállapítani, hogyan kapcsolódik a két vulkáni rendszer egymáshoz, és miért váltakozik kitörésük. „Olyan helyen akar parkolni, ahol a gáz és a láva nem viszi el” – mondta. Aztán „bemész, kikanalazod a mintát, és kijössz a fenéből”.

Általában az izlandi lávák hasonló kémiai mintázatot mutatnak. De „A Fagradalsfjall rendelkezik a világ legfurcsább olvadékkémiájával” – mondta Marshall, utalva a magmás levesét alkotó elemek és vegyületek sajátos keverékére. „Ez valójában nem csak furcsa. Ez egyedülálló.” Egyedülálló, kivéve, hogy a Svartsengi láva rendelkezik szinte pontosan ugyanazok a kémiai ujjlenyomatok, annak ellenére, hogy a Fagradalsfjall és a Svartsengi látszólag független vulkáni rendszerek. – Ennek semmi értelme – mondta Marshall. – A természet jelenleg csak összezavar minket.

De "ha a dolgok fizikailag mélyen összefüggenek" - mondta -, az egy elég elegáns megoldás az egész problémára.

A félsziget vulkanizmusának szeizmikus elemzése folyamatban van. A tudósok abban reménykednek, hogy meg tudják jósolni, hol fog megjelenni a következő hónapokban és években, ahogyan azt a közelmúltbeli kitöréseknél is tették. Kezdésként Halldór Geirsson, az Izlandi Egyetem geofizikusa és munkatársai műholdas radar segítségével térképezték fel a félszigeten a zavargások idejében bekövetkezett hibákat és töréseket, amit javasolnak. rejtett hibákat tárhat fel, beleértve azokat is, amelyek a jövőbeni repedéskitörések helyszínei lehetnek.

Nincs garancia arra, hogy a későbbi kitörések ugyanazt a mintát követik, mint Svartsengi legutóbbi kitörései – a rendszer küszöbön álló szíve nem feltétlenül rögzített jellemző. „Minden alkalommal, amikor kitörése van, ki kell cserélni a vízvezeték-rendszert. Nem áll vissza nullára” – mondta Mitchell.

Grindavík jövőbeni lakhatósága nyitott kérdés, és még várni kell, hogy a félsziget többi városa szembesüljön-e lávaözönekkel. A Reykjanes-félsziget új hipervulkáni korszaka éppen most kezdődött, és évekig, évtizedekig, talán évszázadokig is eltarthat.

„Sajnos nincs jó hír” – mondta Jónsdóttir.