Predicția activității vulcanice

Principiile generale ale seismologiei vulcaniceEdit

• Activitatea seismică (cutremure și tremurături) apare întotdeauna când vulcanii se trezesc și se pregătesc să erupă și reprezintă o legătură foarte importantă cu erupțiile. Unii vulcani au în mod normal o activitate seismică continuă de nivel scăzut, dar o creștere poate semnala o probabilitate mai mare de erupție. Tipurile de cutremure care se produc și unde încep și se termină sunt, de asemenea, semne cheie. Seismicitatea vulcanică are trei forme majore: cutremur de perioadă scurtă, cutremur de perioadă lungă și tremor armonic.
• Tremurele de perioadă scurtă sunt ca și cutremurele normale generate de falii. Ele sunt cauzate de fracturarea rocilor fragile pe măsură ce magma își forțează drumul în sus. Aceste cutremure cu perioadă scurtă de timp semnifică creșterea unui corp de magmă în apropierea suprafeței și sunt cunoscute sub numele de unde „A”. Acest tip de evenimente seismice sunt adesea denumite și evenimente sau cutremure vulcano-tectonice (sau VT).
• Se crede că cutremurele de lungă durată indică o presiune crescută a gazelor în sistemul de canalizare al unui vulcan. Ele sunt similare cu zăngănitul care se aude uneori în sistemul de instalații sanitare al unei case, care este cunoscut sub numele de „lovitură de apă”. Aceste oscilații sunt echivalentul vibrațiilor acustice într-o cameră, în contextul camerelor de magmă din interiorul domului vulcanic și sunt cunoscute sub numele de unde „B”. Acestea sunt, de asemenea, cunoscute sub numele de unde de rezonanță și evenimente de rezonanță cu perioadă lungă de rezonanță.
• Cutremurele armonice sunt adesea rezultatul împingerii magmei împotriva rocii suprapuse de sub suprafață. Ele pot fi uneori suficient de puternice pentru a fi resimțite ca un zumzet sau bâzâit de către oameni și animale, de unde și numele.

Planurile seismicității sunt complexe și adesea dificil de interpretat; cu toate acestea, creșterea activității seismice este un bun indicator al creșterii riscului de erupție, mai ales dacă evenimentele cu perioadă lungă devin dominante și apar episoade de cutremure armonice.

Utilizând o metodă similară, cercetătorii pot detecta erupțiile vulcanice prin monitorizarea sunetului infraroșu-subductibil sub 20 Hz. Rețeaua globală de infrasunete IMS, creată inițial pentru a verifica respectarea tratatelor de interzicere a testelor nucleare, are 60 de stații în întreaga lume care lucrează pentru a detecta și localiza vulcanii în erupție.

Studii de caz seismiceEdit

O relație între evenimentele cu perioadă lungă și erupțiile vulcanice iminente a fost observată pentru prima dată în înregistrările seismice ale erupției din 1985 a Nevado del Ruiz din Columbia. Apariția evenimentelor de perioadă lungă au fost apoi folosite pentru a prezice erupția din 1989 a Muntelui Redoubt din Alaska și erupția din 1993 a Galeras din Columbia. În decembrie 2000, oamenii de știință de la Centrul Național de Prevenire a Dezastrelor din Mexico City au prezis o erupție în două zile la Popocatépetl, la periferia orașului Mexico City. Predicția lor s-a bazat pe cercetările efectuate de Bernard Chouet, un vulcanolog elvețian care lucra la United States Geological Survey și care a observat pentru prima dată o relație între evenimentele cu perioadă lungă de timp și o erupție iminentă. Guvernul a evacuat zeci de mii de oameni; 48 de ore mai târziu, vulcanul a erupt, așa cum s-a prezis. A fost cea mai mare erupție a lui Popocatépetl din ultimii o mie de ani, dar nimeni nu a fost rănit.

Cutremurele icebergurilorEdit

Similitudinile dintre cutremurele icebergurilor, care apar atunci când acestea eșuează, și cutremurele vulcanice ar putea ajuta experții să dezvolte o metodă mai bună pentru a prezice erupțiile vulcanice. Deși aisbergurile au structuri mult mai simple decât vulcanii, ele sunt mai ușor de lucrat din punct de vedere fizic. Asemănările dintre cutremurele vulcanice și cele ale aisbergurilor includ durate și amplitudini lungi, precum și modificări comune ale frecvențelor.

Emisii de gazeEdit

Panou de gaze și cenușă erupt de la Muntele Pinatubo, Filipine.

Atunci când magma se apropie de suprafață și presiunea sa scade, gazele scapă. Acest proces este asemănător cu ceea ce se întâmplă atunci când deschizi o sticlă de băutură acidulată și dioxidul de carbon scapă. Dioxidul de sulf este unul dintre principalii componenți ai gazelor vulcanice, iar creșterea cantității acestuia anunță sosirea unor cantități tot mai mari de magmă în apropierea suprafeței. De exemplu, la 13 mai 1991, o cantitate tot mai mare de dioxid de sulf a fost eliberată de Muntele Pinatubo din Filipine. La 28 mai, doar două săptămâni mai târziu, emisiile de dioxid de sulf au crescut la 5.000 de tone, de zece ori mai mult decât cantitatea anterioară. Ulterior, Muntele Pinatubo a erupt la 12 iunie 1991. În mai multe ocazii, cum ar fi înainte de erupția Muntelui Pinatubo și de erupția din 1993 din Galeras, Columbia, emisiile de dioxid de sulf au scăzut la niveluri scăzute înainte de erupții. Cei mai mulți oameni de știință cred că această scădere a nivelurilor de gaz este cauzată de etanșarea pasajelor de gaz de către magma întărită. Un astfel de eveniment duce la creșterea presiunii în sistemul de canalizare al vulcanului și la creșterea șanselor de erupție explozivă. Un sistem de analiză a gazelor cu mai multe componente (Multi-GAS) este un pachet de instrumente utilizat pentru a efectua măsurători de înaltă rezoluție în timp real ale coloanelor de gaze vulcanice. Măsurătorile Multi-GAS ale rapoartelor CO2/SO2 pot permite detectarea degazării pre-eruptive a magmei în ascensiune, îmbunătățind predicția activității vulcanice.

Deformarea soluluiEdit

Suflarea unui vulcan semnalează faptul că magma s-a acumulat în apropierea suprafeței. Oamenii de știință care monitorizează un vulcan activ vor măsura adesea înclinarea versantului și vor urmări schimbările în rata de umflare. O rată crescută de umflare, mai ales dacă este însoțită de o creștere a emisiilor de dioxid de sulf și de tremurături armonice, este un semn de mare probabilitate a unui eveniment iminent. Deformarea Muntelui St. Helens înainte de erupția din 18 mai 1980 a fost un exemplu clasic de deformare, deoarece partea nordică a vulcanului s-a bombat în sus în timp ce magma se acumula dedesubt. Cele mai multe cazuri de deformare a solului sunt, de obicei, detectabile doar cu ajutorul unor echipamente sofisticate folosite de oamenii de știință, dar aceștia pot totuși prezice astfel viitoarele erupții.Vulcanii hawaiieni prezintă o deformare semnificativă a solului; există o umflare a solului înainte de o erupție și apoi o deflație evidentă după erupție. Acest lucru se datorează camerei magmatice de mică adâncime a vulcanilor hawaiieni; mișcarea magmei este ușor de observat pe solul de deasupra.

Monitorizare termicăEdit

Atât mișcarea magmei, cât și schimbările în eliberarea de gaze și activitatea hidrotermală pot duce la schimbări de emisivitate termică la suprafața vulcanului. Acestea pot fi măsurate cu ajutorul mai multor tehnici:

• radiometrie în infraroșu în perspectivă (FLIR) de la dispozitive portabile instalate la fața locului, la distanță sau în aer;
• imagini de satelit în bandă infraroșie;
• termometrie in situ (izvoare fierbinți, fumarole)
• hărți ale fluxului de căldură
• modificări ale entalpiei puțurilor geotermale

HidrologieEdit

Există 4 metode principale care pot fi folosite pentru a prezice o erupție vulcanică prin utilizarea hidrologiei:

• Măsurătorile hidrologice și hidraulice ale sondelor și ale puțurilor sunt din ce în ce mai mult folosite pentru a monitoriza schimbările în presiunea gazelor și regimul termic din subsolul unui vulcan. Presiunea crescută a gazelor va face ca nivelul apei să crească și să scadă brusc chiar înainte de o erupție, iar focalizarea termică (creșterea fluxului termic local) poate reduce sau usca acviferele.
• Detectarea laharselor și a altor fluxuri de resturi în apropierea surselor lor. Oamenii de știință de la USGS au dezvoltat un sistem ieftin, durabil, portabil și ușor de instalat pentru a detecta și monitoriza continuu sosirea și trecerea fluxurilor de resturi și a inundațiilor în văile râurilor care drenează vulcanii activi.
• Sedimentele dinaintea erupției pot fi preluate de un canal de râu care înconjoară vulcanul și care arată că erupția propriu-zisă ar putea fi iminentă. Cele mai multe sedimente sunt transportate din bazinele hidrografice perturbate vulcanic în timpul perioadelor de precipitații abundente. Acest lucru poate fi un indiciu al schimbărilor morfologice și al creșterii activității hidrotermale în absența tehnicilor de monitorizare instrumentală.
• Depozitul vulcanic care poate fi așezat pe malul unui râu poate fi ușor erodat, ceea ce va lărgi sau adânci dramatic canalul râului. Prin urmare, monitorizarea lățimii și adâncimii canalelor fluviale poate fi folosită pentru a evalua probabilitatea unei viitoare erupții vulcanice.

TeledetecțieEdit

Teledetecția este detectarea de către senzorii unui satelit a energiei electromagnetice absorbite, reflectate, radiate sau împrăștiate de suprafața unui vulcan sau de materialul erupt de acesta într-un nor de erupție.

• ‘Cloud sensing: Oamenii de știință pot monitoriza norii de erupție neobișnuit de reci proveniți de la vulcani folosind date de la două lungimi de undă termice diferite pentru a spori vizibilitatea norilor de erupție și a-i discrimina de norii meteorologici
• ‘Detectarea gazelor: Dioxidul de sulf poate fi, de asemenea, măsurat prin teledetecție la unele dintre aceleași lungimi de undă ca și ozonul. Spectrometrele de cartografiere a ozonului total (TOMS) pot măsura cantitatea de dioxid de sulf gazos eliberată de vulcani în erupții. Emisiile de dioxid de carbon de la vulcani au fost detectate în infraroșu cu unde scurte cu ajutorul Orbiting Carbon Observatory 2 al NASA.
• Detecție termică: Prezența unor noi semnături termice semnificative sau a unor „puncte fierbinți” poate indica o nouă încălzire a solului înainte de o erupție, reprezintă o erupție în curs de desfășurare sau prezența unui depozit vulcanic foarte recent, inclusiv curgeri de lavă sau curgeri piroclastice.
• Detectarea deformării: Datele radar spațiale transmise prin satelit pot fi utilizate pentru a detecta modificările geometrice pe termen lung ale edificiului vulcanic, cum ar fi ridicarea și depresiunea. În această metodă, radarul interferometric cu deschidere sintetică (InSAR), modelele digitale de elevație generate din imaginile radar sunt sustrase unele de altele pentru a obține o imagine diferențială, afișând ratele de schimbare topografică.
• Monitorizarea pădurilor: Recent, s-a demonstrat că localizarea fracturilor eruptive ar putea fi prezisă, cu luni sau ani înainte de erupții, prin monitorizarea creșterii pădurilor. Acest instrument bazat pe monitorizarea creșterii arborilor a fost validat atât la Muntele Niyragongo, cât și la Muntele Etna, în timpul evenimentelor eruptive ale vulcanilor din 2002-2003.
• Detectarea infrasunetelor: O abordare relativ nouă pentru detectarea erupțiilor vulcanice implică utilizarea senzorilor de infrasunete din rețeaua de infrasunete a Sistemului Internațional de Monitorizare (IMS). Această metodă de detectare ia semnale de la mai mulți senzori și folosește triangulația pentru a determina locația erupției.

Mișcări de masă și cedări de masăEdit

Monitorizarea mișcărilor de masă și cedărilor de masă utilizează tehnici împrumutate din seismologie (geofoni), deformare și meteorologie. Alunecările de teren, căderile de roci, fluxurile piroclastice și fluxurile de noroi (lahars) sunt exemple de cedări în masă ale materialului vulcanic înainte, în timpul și după erupții.

Cea mai faimoasă alunecare de teren vulcanică a fost, probabil, cedarea unei umflături care s-a format din magma intruzivă înainte de erupția Muntelui St. Helens din 1980, această alunecare de teren a „desfăcut” intruziunea magmatică de mică adâncime provocând o cedare catastrofală și o explozie eruptivă laterală neașteptată. Căderile de roci apar adesea în timpul perioadelor de deformare crescută și pot fi un semn al unei activități sporite în absența unei monitorizări instrumentale. Fluxurile de noroi (lahars) sunt depozite de cenușă hidratată remobilizată din fluxuri piroclastice și depozite de căderi de cenușă, care se deplasează în josul pantei chiar și la unghiuri foarte mici, cu viteză mare. Datorită densității lor ridicate, acestea sunt capabile să deplaseze obiecte mari, cum ar fi camioane de exploatare forestieră încărcate, case, poduri și bolovani. Depozitele lor formează de obicei un al doilea inel de evantai de resturi în jurul edificiilor vulcanice, evantaiul interior fiind reprezentat de depozitele primare de cenușă. În aval de depunerea încărcăturii lor cele mai fine, laharele pot reprezenta în continuare un pericol de inundații din cauza apei reziduale. Depozitele de lahar pot avea nevoie de multe luni pentru a se usca, până când pot fi călcate. Pericolele derivate din activitatea laharelor pot exista la mai mulți ani după o erupție explozivă mare.

O echipă de oameni de știință americani a dezvoltat o metodă de predicție a laharelor. Metoda lor a fost dezvoltată prin analizarea rocilor de pe Muntele Rainier din Washington. Sistemul de avertizare depinde de observarea diferențelor dintre rocile proaspete și cele mai vechi. Rocile proaspete sunt slabe conducătoare de electricitate și se alterează hidrotermic prin apă și căldură. Prin urmare, dacă cunosc vârsta rocilor și, prin urmare, rezistența acestora, pot prezice căile de deplasare a unui lahar. Un sistem de monitoare de flux acustic (Acoustic Flow Monitors – AFM) a fost, de asemenea, amplasat pe Muntele Rainier pentru a analiza cutremurele de pământ care ar putea duce la apariția unui lahar, oferind un avertisment mai devreme.

.