Дыхание вулкана Невадо дель Руис в Колумбии

Российские и колумбийские ученые следят за дыханием вулкана Невадо дель Руис в Колумбии. Геофизики разработали алгоритм, позволяющий оценивать периодические изменения внутри вулкана с помощью данных о землетрясениях.

Результаты исследования опубликованы в престижном журнале Scientific Reports группы Nature. Об этом рассказал соавтор статьи, заведующий лабораторией сейсмических изображений Земли Новосибирского госуниверситета и лабораторией сейсмической томографии Института нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН, член-корреспондент РАН Иван Кулаков.

— Вулкан Невадо дель Руис в Колумбии один из самых опасных в мире. Его высота составляет 5321 м.  В 1985 году горячие лава и газы, вышедшие на поверхность в результате относительно небольшого извержения, растопили ледяной покров на вершине вулкана. Горячий поток из грязи и камней устремился вниз по густо населенным долинам, достиг расположенного в 30 км от вулкана города Армеро и почти полностью похоронил его вместе с жителями. В итоге погибло более 25 тысяч человек, — говорит Иван Кулаков. 

Ученые признают, что сегодня в случае более крупного извержения, которое считается весьма вероятным на этом вулкане, под угрозой может оказаться территория с населением около полумиллиона человек.

После катастрофы 1985 года власти Колумбии приложили большие усилия для организации современных систем мониторинга, способных оперативно обнаруживать признаки вулканической опасности. В результате на Невадо дель Руис развернута одна из лучших сейсмических сетей в мире среди активных вулканов.

В 2011 году после несколько десятилетий затишья Невадо дель Руис возобновил свою активность. Вулкан выбрасывает в атмосферу большое количество газов. Так, выход сернистого газа SO2 из кратера составляет 2 млн тонн в год, причем в некоторые дни масса этого газа доходит до 30 тысяч тонн. Кроме того, на территории вулкана ежедневно происходит множество мелких землетрясений, которые не ощущает человек. Однако их постоянно регистрируют приборы сейсмической сети. 

Побывавший в августе 2016 года в Колумбии Иван Кулаков договорился с колумбийскими геофизиками об использовании этих многолетних данных по землетрясениях в своей работе. Вместе со студентом 4-го курса геолого-геофизического факультета НГУ Валерием Гладковым он разработал алгоритм, который выявляет изменения сейсмической структуры под вулканом с течением времени.

— Для нас землетрясения выступают в роли лампочек, которые освещают внутренности планеты. От них идут сейсмические лучи, несущие информацию о строении Земли. Наша задача — расшифровать эту информацию, — рассказывает ученый.

Разработанный на основе подробных сейсмических данных алгоритм выявил под вулканом Невадо дель Руис на глубине 2–4 км сейсмическую аномалию. В течение десяти лет ее форма и размер претерпевали существенные изменения.

— Эта аномалия является отражением сложных процессов, происходящих внутри вулкана. Она связана с наличием жидкой фазы (расплавов или легких химических веществ в жидком состоянии) в магматической камере — резервуаре колумбийского вулкана. В 2010 году интенсивность аномалии была максимальной, что свидетельствует о предельном насыщении магматического очага вулкана Невадо дель Руис жидкостью. В подобных случаях всегда есть риск, что процесс превращения жидкости в газ пойдет лавинообразно и приведет к взрыву. К счастью, извержение пошло по другому сценарию. В 2011 году началось постепенное стравливание газов через отверстие в кратере и, вероятно, через трещины. С этого момента и вплоть до 2014 года сейсмическая аномалия становится все меньше и практически исчезает — резервуар вулкана пустеет, оставшаяся в нем магма начинает кристаллизоваться, — говорит Иван Кулаков.

И можно было бы сказать, что на этом все закончилось. Но согласно данным, в 2015 году съежившаяся аномалия начинает вновь увеличиваться. Вулкан снова набирает в себя «жидкость». 

— Этот процесс можно сравнить с дыханием: вдох—выдох. Судя по нашим данным, камера непосредственно под вулканом является частью многоуровневой системы, состоящей из нескольких резервуаров, связанных друг с другом. Уменьшение давления в верхнем резервуаре в результате выхода газов в атмосферу приводит к «всасыванию» жидкой фракции из другого более глубокого резервуара. Однако часть верхнего резервуара уже заполнена кристаллизующейся магмой. Под воздействием избыточного давления магма, представляющая собой чрезвычайно вязкую лаву, постепенно выдавливается из конуса вулкана словно зубная паста из тюбика. 

По словам ученого, многое сегодня указывает на то, что вулкан Невадо дель Руис снова делает очередной вдох. 

Ученым известно много признаков пробуждения вулкана. Так, в 2010 году в Колумбии и без исследования российских геофизиков прекрасно понимали всю опасность положения. Однако основная сложность всегда заключается в предсказании характера будущего извержения. Будет ли оно взрывным или спокойным? 

— Нашу разработку можно использовать в качестве текущего мониторинга. Она позволяет наблюдать за периодическим изменением сейсмических свойств в недрах земли, связанных с процессом «дыхания» Невадо дель Руис. Такого рода работы позволят выявить наиболее опасные периоды, когда «легкие» вулкана наполнены полностью и готовы к быстрому опустошению. Конечно, пока еще рано говорить о конкретном внедрении нашей разработки в обычную жизнь. Но, вероятно, мы придем к этому в ближайшем будущем.