В извержениях вулканов обвинили шум

Ученые из Уральского Федерального Университета установили, что причинами вулканического извержения в некоторых случаях могут служить шумы сравнительно низкой интенсивновсти от сторонних геологических процессов. Именно они приводят к выбиванию вулканической пробки (некке). Исследование опубликовано в The European Physical Journal B, а кратко с ним ознакомиться можно на сайте издательства Springer.

Дмитрий Александров и его коллеги исследовали существующую теоретическую модель, описывающую колебания вулканической пробки — твердой породы, закупоривающей жерло. Она удерживается в жерле силой трения. Из-за сложности поверхностей и вовлеченных в это процессов такая система является, вообще говоря, довольно сложной динамической системой.

Исследователи ввели в уравнение, описывающее движение пробки, слагаемое, ответственное за шум. Это случайная величина, распределенная по закону Гаусса, умноженная на некоторый параметр ε, отвечающий за ее вклад. Оказалось, что ее влияние способно значительно изменить характер колебаний в системе, например, резко увеличить амплитуду скачков давления. В таком случае вулканическая пробка начинает отбивать «барабанную дробь» непостоянной периодичности, которая зависит от характера «шума». 

Предсказания модели были проверены по данным об активности вулкана Святой Елены в период 2004-2005 года. Как оказалось, предложенное Александровым и коллегами описание вулканического извержения довольно хорошо согласуется с данными экспериментов.

По словам авторов, наблюдение такого перехода от небольших к крупным колебаниям позволит лучше понять сейсмическую активность вулканов. Важно отметить, что "белый шум", рассмотренный авторами — проявление внешних воздействий, ранее не включавшихся в модели.

Явления резкого изменения состояния системы под действием малозначительных параметров хорошо известно в математике — оно описывается понятием точки бифуркации. Подобные точки встречается в неравновесной термодинамике, к примеру, это момент начала резкого замерзания переохлажденной воды, кристаллизации пересыщенного раствора и так далее. Эти процессы могут быть запущены попаданием мельчайшей пылинки в систему.