În interiorul predicției oamenilor de știință pentru salvarea erupției din Islanda | Revista Quanta

Pe noiembrie 10, 2023, Kristín Jónsdóttir, șeful departamentului de cercetare a vulcanilor al Oficiului de Meteorologie Islandeză, avea o zi liberă rară. „A fost ziua mea de 50 de ani”, a spus ea. Apoi totul a început să tremure. Își petrecea ziua uitându-se la telefon, urmărind cutremurele înflorind pe hărțile peninsulei Reykjanes din Islanda.

Peninsula se confruntă cu erupții de fisuri, în care pământul se desface și se revarsă lavă. De la sfârșitul lunii octombrie, atenția s-a concentrat asupra regiunii Svartsengi a peninsulei, care găzduiește popularul balnear Blue Lagoon, o centrală geotermală și orașul de coastă Grindavík. Ultimele trei erupții de fisuri ale peninsulei au inundat văile izolate cu foc. Acum, însă, orașul era amenințat.

Vârtejul de temblor din 10 noiembrie a dezvăluit că un râu magmatic îngropat și-a șerpuit drum spre Grindavík și cei 3,600 de locuitori ai săi. Mai îngrijorător, un dig – un corp de magmă vertical asemănător cu o perdea de foc lichid – se ridicase din acel râu subteran, oprindu-se doar în apropierea suprafeței.

Rapid, autoritățile au evacuat orașul. Și apoi toată lumea a așteptat.

Pe 18 decembrie, o fisură vulcanică a despicat pământul spre nord-estul orașului și a vopsit solul ierniu cu rocă topită. Erupția intensă a durat câteva zile și a rămas în afara Grindavík.

Apoi, la ora 3 dimineața, pe 14 ianuarie, puținii locuitori care s-au întors la casele lor au fost treziți de claxone și mesaje text care le spuneau să fugă. O altă erupție invadase orașul. Până la sfârşit, aproximativ 60 de ore mai târziu, mai multe case fuseseră înghiţite, dar nimeni nu murise.

Locuitorii din Grindavík își datorează viața autorităților locale proactive, managerilor de urgențe și studiului interiorului Pământului. Oamenii de știință au urmărit mișcarea magmei prin decodificarea undelor seismice și a distorsiunilor din scoarța planetei. Prin cartografierea instalațiilor vulcanice din peninsulă, aceștia construiesc o mai bună înțelegere a modului în care funcționează vulcanismul în general, în timp ce urmăresc să ofere prognoze locale și mai precise în viitor.

Lucrările sunt în desfășurare; această criză vulcanică este departe de a se termina. O peninsulă care nu a văzut o erupție de 800 de ani s-a trezit acum, iar dovezile geologice sugerează că erupțiile ar putea continua ani, decenii sau chiar secole.

„Am văzut doar o fracțiune din lavă să apară”, a spus Jónsdóttir. „Natura este sumbră.”

Puterea geofizicii

Erupții de fisuri - care apar și în altă parte în Islanda, precum și în Hawai'i și (cu câteva milenii în urmă) Idaho, New Mexico și California — sunt greu de prognozat. Spre deosebire de erupțiile vulcanice clasice care prezintă o formă de relief muntoasă, este greu de prezis exact unde se vor materializa fisurile.

Vulcanismul fisurat al peninsulei Reykjanes este deosebit de deosebit. Fluxurile de lavă antice, acum înghețate pe loc, dezvăluie că erupțiile au afectat regiunea de mulți ani la un moment dat, dar că de o parte și de alta a acestor episoade, activitatea vulcanică a fost absentă de secole. Ultima perioadă de erupții s-a încheiat în 1240 și asta a fost al treilea de acest fel pe peninsulă în ultimii 4,000 de ani, fiecare grup fiind separat de aproximativ opt secole. Dar de ce există această periodicitate de aproximativ 800 de ani? „Încă nu știm, să fiu sincer”, a spus Alberto Caracciolo, geolog la Universitatea din Islanda.

Că există vulcanism deloc nu este șocant. Peninsula se așează deasupra unui pana de manta – a fântână de căldură ridicându-se de la limita nucleu-manta Pământului. Și se întinde pe creasta Mid-Atlantic, o sutură predispusă la erupții între plăcile eurasiatice și nord-americane. Neliniștea tectonică a lui Reykjanes a făcut din zonă una dintre cele mai analizate regiuni vulcanice din lume.

Așadar, în 2020, când zeci de mii de cutremure au început să zguduie peninsula și solul a început să se umfle, oamenii de știință au bănuit că agitația ar putea fi un preludiu al unei performanțe vulcanice de opt secole. Trebuia doar să-și dea seama unde. 

Magma de vânătoare

Când magma sparge roca adânc în scoarța Pământului, creează cutremure cu semnături distincte. Aceste unde seismice și proprietățile lor oferă oamenilor de știință cele mai imediate – și mai puțin ambigue – indicii despre prezența și migrarea magmei. În timpul unei crize vulcanice, „dacă ai putea avea un singur lucru”, a spus Sam Mitchell, un vulcanolog la Universitatea din Bristol, „ar fi asta”.

Magma în mișcare, dacă este suficient de puțin adâncă, deformează vizibil solul. Sateliții folosesc radarul pentru a identifica schimbările de altitudine de-a lungul orelor, zilelor sau săptămânilor. Stațiile GPS de la sol oferă, de asemenea, informații de înaltă rezoluție, în timp real, despre schimbările de altitudine.

Jónsdóttir suspectează că cacofonia cutremurelor care a început în 2020 s-a datorat atât migrației magmatice, cât și mișcării plăcilor tectonice. În Islanda, plăcile eurasiatice și nord-americane nu se separă curat, ci se zgârie una de alta pe măsură ce se deplasează. Între ciclurile eruptive, se acumulează o mulțime de stres tectonic. Apoi, când magma pătrunde în crevasele subterane de-a lungul acestei granițe, declanșează eliberarea acelei tensiuni sub formă de cutremure puternice și frecvente.

La începutul lui 2021, totuși, această mașină magmatică a schimbat vitezele. Atât schimbările de altitudine, cât și agitația seismică au sugerat că magma se aduna sub Fagradalsfjall, o mică movilă vulcanică de lângă o vale nelocuită. Timp de multe luni, cutremure de lungă durată tremuraseră în scoarța adâncă a peninsulei. Aceste tipuri de cutremure „au fost văzute dedesubt alți vulcani peste tot în lume și încă nu sunt pe deplin înțelese”, a spus Tom Winder, seismolog vulcan la Universitatea din Islanda. Deși enigmatici, ei sugerează că ceva lent se întâmplă - poate fragmentarea treptată a rocii fierbinți sau bulburi de magmă care se stoarce printr-o constricție.

Apoi, pe 19 martie 2021, peninsula a erupt pentru prima dată în opt secole. Timp de șase luni, materie topită a apărut dintr-o fisură de lângă Fagradalsfjall. Au urmat două erupții mai scurte, în verile anilor 2022 și 2023.

În afară de acele tremurături de lungă perioadă asemănătoare basului, simfonia seismică generală care a precedat cele trei izbucniri Fagradalsfjall a sugerat că magma lua o cale neobișnuită la suprafață. În loc să se adune în crusta de mică adâncime, roca topită părea să se ridice direct la suprafață de la o adâncime mare - granița dintre crustă și mantaua subiacentă, asemănătoare chitului. „Este destul de nemaiauzit”, a spus Winder.

În comparație cu multe sisteme vulcanice islandeze, Fagradalsfjall acționa ciudat, dar cel puțin se întâmpla departe de oricine sau nimic.

Abia în octombrie 2023, curiozitatea oamenilor de știință s-a transformat în anxietate atunci când activitatea sa mutat în regiunea Svartsengi, încărcată de infrastructură, din sud.

Bătălia de la Grindavík

Solul din regiunea Svartsengi se ridicase, apoi încetase să se ridice, de mai multe ori din 2020, ceea ce sugerează că magma ajungea la intervale neregulate, deși fără a erupe. Dar spre sfârșitul anului 2023, ritmul mișcării a crescut. Magma pătrundea în regiune mai repede ca niciodată. Până la jumătatea lunii noiembrie, un prag - un corp orizontal de magmă - de proporții elefantine se afla la doar câțiva kilometri sub Svartsengi. „Toată lumea era atentă și nu știam cu adevărat ce se va întâmpla în continuare”, a spus Jónsdóttir. Nu era clar unde sau când ar putea avea loc o erupție.

Cutremurele care au zguduit regiunea în noiembrie au ajutat la indicarea drumului. Inițial, numărul lor a supraîncărcat capacitățile de monitorizare seismică ale Oficiului de Meteorologie Islandeză, dar personalul a reușit rapid să găsească corul în haos și să-i descifreze versurile: Cutremurele care sparge piatra au însemnat că unele magmă părăsise pragul și s-au deplasat lateral. Iar sateliții de monitorizare a solului au confirmat ceea ce a sugerat seismicitatea: pământul de deasupra pervazului lui Svartsengi căzuse pe măsură ce magma se scurgea.

Era ușor de văzut unde se dusese magma. Pământul din jurul Grindavík se scufunda. Pentru un vulcanolog care a citit pământul, acel model a relevat nu o absență a magmei, ci o incursiune a acesteia. Magma care părăsise pervazul se deplasase lateral înainte de a tremura în sus direct sub Grindavík. Pe măsură ce se ridica, acest cârcel vertical de magmă a împins pereții de stâncă în lateral, în afara drumului. Aceasta, la rândul său, a făcut ca pământul de deasupra vârstei să se prăbușească în golul nou creat. Mai târziu, oamenii de știință ar raporta că, la un moment dat, în timpul furtunii cutremurului din 10 noiembrie, aproximativ 7,400 de metri cubi de magmă ieșeau din pervaz în viciul în fiecare secundă.

Semne ale acestei amestecări subterane au fost observate și în interiorul forajelor centralei geotermale. Gazele vulcanice, cum ar fi dioxidul de sulf, scăpa de magmă la adâncimi mici și poate semnala o erupție iminentă. Oamenii de știință au văzut acel gaz și o schimbare a presiunii în găurile de foraj - un alt indiciu că magma era în mișcare spre oraș.

Sub Grindavík, cu o creastă la doar 800 de metri sub străzile sale, răsărise un vîrliș colosal de magmă, cunoscut sub numele de dig.

La câteva ore de la furtuna cutremurului din 10 noiembrie, oamenii de știință au identificat o porțiune de pământ lungă de 10 mile unde o erupție părea foarte probabilă. A străbătut Grindavík dintr-un șir de vechi cratere vulcanice la nord-est de oraș până la sud-vestul acestuia. Până la miezul nopții, Protecția Civilă a Islandei a evacuat orașul, iar muncitorii din construcții au construit în grabă ziduri de protecție în zonele cel mai probabil să fie inundate de lavă.

În următoarele câteva săptămâni, observațiile geofizice au arătat că magma încă curgea în regiune. Până pe 18 decembrie, pe baza terenului de balonare, oamenii de știință au calculat că aproximativ 11 milioane de metri cubi de magmă proaspătă s-au acumulat în pervaz. Părea să fie cam cât putea să rețină. În acea zi, un alt flux zgomotos de magmă a părăsit pragul și a supraumplut digul. Cutremurele care rup pietrele i-au avertizat pe oamenii de știință că magma făcea în sfârșit o pauză la suprafață și, la 90 de minute după ce au început acele cutremure, „am avut erupția”, a spus Jónsdóttir. „A fost un eveniment foarte rapid.” În următoarele câteva zile, erupția a drenat suficient digul pentru ca acesta să se stabilizeze și să se așeze.

Acest model s-a repetat înainte de erupția din 14 ianuarie: 12 milioane de metri cubi de magmă au umplut pragul înainte de a declanșa o erupție patru ore mai târziu. De data aceasta, materie infernală a revărsat dintr-o crăpătură lungă de 3,000 de picioare care a apărut lângă unul dintre zidurile de protecție din nordul orașului, care a reușit să devieze lava. Dar o a doua fisură, mai mică, a apărut chiar la marginea orașului, în spatele zidului, și a distrus trei case.

După aceea, pragul a început să se umfle din nou. Până în acest moment, oamenii de știință au calculat că o erupție va deveni foarte probabilă atunci când pragul se va umple cu cel puțin 9 milioane de metri cubi de materie topită. La începutul lunii februarie, pragul depășise acel prag, iar pe 8 februarie a început o altă erupție. O fisură lungă de 3 kilometri s-a deschis în apropierea locului erupției din decembrie, conducând lava departe de Grindavík, dar către o conductă care furnizează apă caldă în mare parte a peninsulei.

Și așa ciclul continuă.

Revelații geochimice

Tehnicile geofizice pe care oamenii de știință le folosesc pentru a lua pulsul inimii magmatice a lui Svartsengi nu urmăresc doar pericolul în timp real. De asemenea, ajută la construirea unei imagini a arterelor care conduc toată magma la suprafață – ceea ce este crucial pentru înțelegerea întregii peninsule și a modului în care s-ar putea comporta pe perioade de timp mai lungi.

Fagradalsfjall și Svartsengi - cele două sisteme vulcanice active în prezent - sunt separate de doar câteva mile. În ciuda proximității lor, dovezile geologice sugerează cu tărie că sunt sisteme distincte. Arhitecturile lor subterane sunt vădit diferite. La Fagradalsfjall, magma iese din manta direct la suprafață, în timp ce la Svartsengi, este stocată temporar în crusta de mică adâncime.

Și totuși, în mod surprinzător, cele două sisteme par să atragă material din aceeași sursă în mantaua Pământului, sugerând o conexiune profundă.

Ed Marshall, un geochimist de la Universitatea din Islanda, a studiat lava proaspăt recoltată din erupțiile de la ambele locuri pentru a încerca să determine modul în care cele două sisteme vulcanice sunt conectate și de ce au erupt pe rând. „Vrei să parchezi într-un loc în care gazul și lava nu te vor scoate afară”, a spus el. Apoi „intri, scoți eșantionul și iei naiba”.

În general, lavele islandeze prezintă modele chimice similare. Dar „Fagradalsfjall are cea mai ciudată chimie de topire din lume”, a spus Marshall, referindu-se la amestecul specific de elemente și compuși care formează supa sa magmatică. „De fapt, nu este doar ciudat. Este unic.” Unic, adică, cu excepția faptului că lava Svartsengi are aproape exact aceleași amprente chimice, chiar dacă Fagradalsfjall și Svartsengi sunt sisteme vulcanice aparent independente. „Asta nu are absolut niciun sens”, a spus Marshall. „Natura doar se încurcă cu noi în acest moment.”

Dar „dacă lucrurile sunt conectate fizic în profunzime”, a spus el, „aceasta este o soluție destul de elegantă pentru întreaga problemă”.

Analiza seismică a vulcanismului peninsulei este în curs de desfășurare. Oamenii de știință speră să poată prognoza unde va apărea în următoarele luni și ani, așa cum au făcut cu erupțiile recente. Ca început, Halldór Geirsson, geofizician la Universitatea din Islanda, și colegii săi folosesc radarul satelit pentru a cartografi defectele și fracturile din peninsula în această perioadă de tulburări, ceea ce sugerează ei. poate dezvălui defecte ascunse, inclusiv cele care pot fi locurile viitoarelor erupții de fisuri.

Nu există nicio garanție că erupțiile ulterioare vor urma același tipar ca și recentele izbucniri ale lui Svartsengi - inima de prag a sistemului nu este neapărat o caracteristică fixă. „De fiecare dată când ai o erupție, schimbi sistemul sanitar. Nu se resetează la zero”, a spus Mitchell.

Habitabilitatea viitoare a lui Grindavík este o întrebare deschisă și rămâne de văzut dacă celelalte orașe ale peninsulei se vor confrunta cu torenți de lavă. Noua eră hipervulcanică a Peninsulei Reykjanes tocmai a început și ar putea dura ani, decenii, poate chiar secole.

„Din păcate, nu există vești bune în viitor”, a spus Jónsdóttir.