Сильні дощі спричинили виверження вулкана на Гавая або ні

Останнє виверження вулкана Кілауеа на острові Гаваї розпочалося в 1983 році. Протягом 35 років більша частина його магми виходила з безлічі тріщин вулкана, – його верхньої східної рифтової зони.

Світлина від Довколаботаніка.
Ой, я випадково трішки лави розлив! Фото: Nature

Але 3 травня 2018 року нижня східна рифтова зона Кілауеа відкрилася, спричинивши масовий вилив лави, що спустошило південно-східну частину острова.

Чому сталося виверження?

Важливим є питання, чому ця зміна відбулася у травні 2018 року, а не раніше чи пізніше в процесі виверження.

У нещодавній статті для Nature, Ж. Фаркухарсон та Ф Амелун вказують на те, що рекордний рівень опадів на початку 2018 року збільшив тиск на ґрунтові води, що, у свою чергу, полегшило розбиття гірської породи і, отже, підняття магми на поверхню в нових місцях.

Створення шляху, який буде рухатися магма до поверхні Землі, починається з механічного пошкодження гірських порід.

Це пошкодження може виникнути двома способами: можуть відкритися нові тріщини, або наявні пошкодження в породі можуть сповзти вниз. Обидва процеси можуть прискоритися зміною тиску в підземних водах.

Підвищення тиску рідини зменшує величину напруги, необхідної для відкриття нових тріщин. Сповзання порід може прискоритися, коли напруження, що діє паралельно розлому (напруга зсуву), перестане нівелюватися напруженням перпендикулярно до розлому (звичайна напруга). Ці звичайна напруга затискання пошкодження.

Підвищення тиску рідини в гірських породах знижує звичайне напруження, не впливаючи на напруги зсуву, тим самим сприяючи вивільненню магми.

Велика кількість опадів підвищує рівень води під землею і, таким чином, тиск у ґрунтових водах. Вулканічні гірські породи на Гаваях дуже проникні для, що дозволяє просочитися воді та змінити тиск на глибині в кілька кілометрів, недалеко від місця, де зберігається магма.

Ж. Фаркухарсон та Ф. Амелун моделювали зміни тиску в породах поблизу Кілауеа, спричинені опадами в місяці, що призвели до виверження 3 травня 2018 року.

Кількість опадів поблизу вулкану: а) денні; c) розбиті по 30-денним періодам; d) розбиты по 180-денним перыодам. Лінія Е показує на час виверження

Їхня модель показала підвищення тиску на десятки до сотень паскалей на глибині в кілька кілометрів. На основі цих змін, поряд із чотирма наборами спостережень, які вказують на те, що виверження в Кілауеа пов’язані із сильними опадами, автори наголошують, що саме дощі сприяли розламам гірської породи, що дало змогу магмі потрапляти в зону нижніх східних рифтів.

Трішки зауважень до теорії

Чи правдоподібна їхня гіпотеза? Зміни тиску, обчислені їх моделями, невеликі – менші, ніж напруги від припливів. Однак якщо гірські породи вже близькі до руйнування, таких змін може бути достатньо.

Виверження 2018 року супроводжувалося землетрусом магнітудою 6,9, а прикладів землетрусів, спричинених змінами тиску на змодельованому авторами рівні, є безліч.

Наприклад, широкомасштабне збільшення частоти землетрусів у центральній та східній частині США за останнє десятиліття є наслідком введення стічних вод у водопроникні породи, що збільшує тиск води та змінює напруження в геологічних породах.

Геологічні дослідження також підтверджують, що зміни напруги на поверхні Землі можуть модулювати вулканічну активність.

На суші вулканізму сприяє відступ льодовиків. Зміни рівня моря між льодовиковим та міжльодовиковим періодами можуть модулювати швидкість виверження на хребтах середнього океану. Стреси від великих землетрусів збільшують ймовірність виверження вулканів і можуть змінювати активність на вже активних вулканах.

Хоча добре встановлено, що зміни тиску води сприяють землетрусам, вони не обов’язково є прямою причиною виверження магми. Щоб почати рух по земній корі, магма повинна створювати досить великі напруги в навколишніх скелях, щоб відкрити шлях.

Зрештою, чи може статися виверження вулкану внаслідок зміни тиску за допомогою води, у зонах накопичення магми, як це припускають автори, залишається невизначеним питанням.

Перша магма, що вивернулася із зони рифту у 2018 році, була старою, можливо, вона залишилася від попереднього виверження 1955 року, що означає, що рифтова зона була вже гарячою. Як результат, ґрунтові води в рифтовій зоні могли бути паром на невеликих глибинах, а на більших глибинах вода могло бути надкритичною рідиною (речовиною, яка не перебуває у рідкій або газовій фазі, але має властивості обох). Якщо вода була у вигляді пару чи надкритичної рідини, то вона б не могла б викликати таку зміну тиску, яка була б достатньою для спричинення виверження.

Як тоді ми можемо перевірити гіпотезу про те, що дощі ініціювали виверження? На жаль, вимірювання підземного тиску – і загалом гідрогеологічні дані – рідко є частиною моніторингу за станом вулканів. Натомість, як і з багатьма питаннями про науку та історію Землі, ми можемо скористатися досвідом попередніх спостережень. На підтвердження своєї гіпотези автори статті проаналізували всі повідомлення про виверження в Кілауеа з 1790 року і показали, що вулкан має тенденцію вивергатися у наймокріший час року.

Зміна напруження у породі під вулканом у залежності від рівня опадів.
а) зміна рівня тиску в залежності від глибини та часу. Дані зібрані за результатми спостережень 1950-2015 та відкалібровані за супунтниковими даними 2000-2019 рр. b) зміна тиску на глибині 3 км нижче поверхні; с) моделі зміни тиску на різних глибинах

Чи варто підвищувати рівень тривоги для поселень поблизу вулканів після сильних опадів? Це відкрите питання. Геологи лише починають досліджувати ці взаємодії.

Farquharson, J. I. & Amelung, F. Nature 580, 491–495 (2020)

Ти можеш допомогти Довколаботаніці, якщо в тебе раптом є така божевільна ідея.
1. Поширюй її контент так, наче завтра заборонять репости
2. Ставай на слизький шлях її патрона та мецената 5168 7573 9483 8249 О. Коваленко), або ж на Патреоні: www.patreon.com/dovkolabotanika
2 3/4. Проглянь та прокоментуй свіже відео на нашому каналі https://youtu.be/F2aLFkx57oc
3. Підписуйся на нашу альма-матер Довколаботаніку -сумні меми, веселі наукові новини і всіляке таке https://www.facebook.com/dovkolabotanika/
4. Читай сторінку автора цього всього хуліганства –https://www.facebook.com/olexii.kovalenko
5. Наш суворий ботанічний філіал Ботанік в кедах – https://www.facebook.com/botanikukedax/
6. Підписуйся на телеграм t.me/dovkolabotanika