09.01.2023
Мощное извержение вулкана Кумбре-Вьеха на канарском острове Ла-Пальма началось 19 сентября 2021 года. Оно продолжалось 85 дней и привело к значительным разрушениям инфраструктуры. К счастью, обошлось без человеческих жертв, поскольку это стихийное бедствие было ожидаемым: на протяжении четырех лет до этого сейсмологи и вулканологи регистрировали возрастающую сейсмическую активность вулкана. Статья об этом опубликована международным коллективом ученых в Scientific Reports.
«На Канарских островах извержения вулканов происходят не очень часто, но они достаточно мощные, — рассказывает один из авторов статьи, главный научный сотрудник Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН, заведующий лабораторией сейсмической томографии член-корреспондент РАН Иван Юрьевич Кулаков. — Так, извержение на одном из западных островов Канарского архипелага, Эль-Йерро, в 2011—2012 годах очень встревожило население: известно, что несколько десятков тысяч лет назад произошло подобное событие, которое вызвало колоссальный оползень. Тот в свою очередь привел к возникновению цунами высотой несколько сотен метров. Если в Атлантическом океане такое произойдет, под ударом окажется всё западное побережье Северной Америки».
Но, к счастью, это извержение было слабым, — в отличие от того, которое произошло десять лет спустя на соседнем острове Ла-Пальма.
Кумбре-Вьеха на Ла-Пальме извергался с 19 сентября по 25 декабря 2021 года. Это вулканическое событие стало не только самым длительным в истории острова, но и побило рекорды по объему изверженных лавы и газов. Хотя катастрофа не привела к жертвам, но разрушила сотни домов, транспортные и коммуникационные сети и затронула обширные сельскохозяйственные угодья, которые имеют ключевое значение для местной экономики. Менее чем за три месяца это трещинное извержение образовало лавовое поле площадью более 12 км2 (для сравнения, самое продуктивное из семи предыдущих извержений на Ла-Пальме за последние 500 лет образовало лавовое поле площадью всего 4,4 км2). По своему стилю последнее извержение было эффузивным: жидкая базальтовая лава изливалась потоками и покровами, но сопровождалось многочисленными стромболианскими взрывами, когда более вязкая лава с силой выбрасывалась из жерла вулкана. Риск приближения лавовых потоков к воде привел к остановке судоходства в этом районе, а вулканический пепел, заполнивший атмосферу, прервал авиасообщение и отрезал от мира три острова: Ла-Пальму, Гомеру и Эль-Йерро.
«Извержение на Ла-Пальме ожидали давно, еще с 2017 года, поскольку были явные его предвестники, — объясняет Иван Кулаков. — Периодически на глубине порядка десяти километров возникал рой землетрясений, и было ощущение, что магма в этом месте концентрируется и пытается пробиться наверх, у нее не получается, она успокаивается, а потом, спустя несколько месяцев, делает еще одну попытку. Когда ученые поняли, что на острове явно происходит какая-то активность, они поставили высококачественную сейсмическую сеть. Примечательно, что параллельно работали две организации, конкурирующие друг с другом: Национальный географический институт (IGN; 11 станций) и Канарский вулканологический институт (INVOLCAN; 12 станций). Действуют они абсолютно автономно, у каждой — своя сеть станций, и они независимо друг от друга определяют координаты землетрясений, используя отличающиеся алгоритмы и модели, и в результате получают разные данные».
Наконец, в сентябре 2021 года специалисты увидели, что землетрясения после формирования устойчивого кластера на глубине около десяти километров цепочкой пошли наверх. Десять дней они поднимались, затем подъем ускорился, и когда землетрясения вышли к поверхности, произошел мощный прорыв магмы на поверхности. «Это были колоссальные потоки лавы общим объемом около кубического километра, — рассказывает Иван Кулаков. — Процесс также сопровождался большим выбросом газов. По оценке местной геофизической службы, объем газов доходил до миллиона тонн в сутки, я с таким никогда не сталкивался. Это уникальное извержение по своей продуктивности, и продолжалось оно в течение 85 дней».
Вулканическая сейсмология — один из важнейших инструментов мониторинга вулканов: она открывает окно в подповерхностные структуры и обнаруживает их связи с магматическими процессами. Обычно создать томографические изображения наиболее активной фазы извержения трудно — для построения модели достаточного разрешения необходимо большое количество сейсмических станций и данных о землетрясениях. И особенно редко случается, чтобы густая сеть действовала до кульминации извержения, как это было с вулканом Кумбре-Вьеха. Наборы данных, переданных Национальным географическим и Канарским вулканологическим институтами, ученые ИНГГ СО РАН объединили и на их основе построили первую сейсмическую скоростную модель Ла-Пальмы — ранее подобные геофизические расчеты для этого региона не проводились.
После того как магма пробила себе путь, сейсмическая активность прекратилась и возобновилась спустя десять дней. Интересно, что она происходила на двух уровнях: в районе 10 и 25 километров, и было непонятно, откуда сейсмичность могла взяться на такой глубине.
«По ходу этого извержения мне приходила информация о нем практически в реальном времени, — поясняет Иван Кулаков. — Испанские коллеги предложили нам построить сейсмическую томографическую модель. Поскольку у нас были данные об очень большом количестве землетрясений — 11 349 событий зафиксировали две сейсмические сети, работавшие в месте извержения, — нам удалось получить очень качественное изображение геологических процессов, протекавших в каждом из трех эпизодов: когда магма пробивала себе дорогу, когда ей это удалось и когда извержение установилось. Разрешение модели настолько высокое, что хорошо видно зону проникновения через земную кору магматического вещества: трещину, канал внутри прочного корового вещества, по которому пробивалась магма, и сопровождавшую этот процесс сейсмичность».
Схематическое изображение различных стадий эруптивного процесса на Ла-Пальма в 2021 году. Фон — распределение отношения Vp/Vs на вертикальном сечении А2—В2 в направлении ЮЮВ-ССЗ. Точки — проекции гипоцентров событий в соответствующие интервалы времени на расстояниях менее 0,6 км; размер точек отражает магнитуды событий.
С одной стороны, сейсмическая томография выявила большой магматический очаг, расположенный под корой, который стучался в течение нескольких лет и пытался вырваться на поверхность. С другой стороны, анализ сейсмических изображений позволил предположить, откуда взялись глубокие землетрясения, сопровождавшие извержение. С глубины десять километров очаг выталкивает большое количество вещества наружу, при этом там уменьшается давление, образуются пустоты, и происходит внутренний коллапс: часть хрупкого вещества земной коры падает внутрь этих резервуаров.
«Система работы этого вулкана напоминает поршень, — поясняет Иван Кулаков. — В момент активизации глубоких землетрясений магма начинает выталкиваться наверх, что увеличивает излияния лавы на поверхность. Но в это же время часть вещества уходит наоборот вниз: из-за этого происходит гидроразрыв, и раскрываются новые трещины уже на глубине 25 километров». По словам ученого, подобного рода механизм был описан впервые.
Результаты исследования позволили специалистам лучше понять природу активности Кумбре-Вьеха и возможные будущие вулканические сценарии на острове Ла-Пальма. «С помощью томографических изображений мы выяснили, что преэруптивная, перед извержением вулкана, стадия может протекать быстрее, чем ожидалось, — заключает Иван Кулаков. — В 2021 году она длилась около семи дней. Кроме того, мы наблюдали быструю миграцию гипоцентров землетрясений, центральных точек очага землетрясения, в которых начинается подвижка пород, за несколько часов до извержения. Таким образом, можно сделать вывод: процесс принятия решений во время вулканической катастрофы не должен опираться на более или менее постоянные тенденции — внезапные изменения могут произойти в любое время».
Нет комментариев