На канарском острове Ла-Пальма нашли признаки активизации вулканизма

Геологи проанализировали динамику тектонических процессов на вулканическом острове Ла-Пальма (Канарские острова). Ученые сопоставили полученные с помощью спутниковых наблюдений данные о вертикальных смещениях поверхности за 2006–2020 годы с плотностными характеристиками земной коры, рассчитанными на основе гравиметрических данных, и обнаружили, что в толще коры под островом активизировалось движение магмы. Это может свидетельствовать о наступлении ранней стадии вулканической деятельности, сообщает статья в Scientific Reports.

Ла-Пальма относится к наиболее молодым островам Канарского архипелага. Остров образован двумя разновозрастными структурами: Северным вулканическим комплексом со сложным строением и историей, насчитывающей не менее 4 миллионов лет, и расположенной к югу от него более молодым вулканическим образованием, сформировавшимся по разлому Кумбре-Вьеха. Северный комплекс состоит из более древнего вулканического тела, скрытого под водой, и трех наложенных на него субаэральных образований: Гарафия возрастом 1,7–1,2 миллиона лет, Табуриенте — Кумбре-Нуэва возрастом 1,2–0,4 миллиона лет и Бехенадо возрастом 0,56–0,49 миллиона лет. Последнее извержение здесь зарегистрировано в 1920 году. Наибольшей активностью характеризуется южная часть Ла-Пальмы, где вдоль разлома Кумбре-Вьеха с конца XV века зарегистрировано шесть крупных вулканических событий, последним из которых стало извержение вулкана Тенегия в 1971 году.

Вулканизм на Ла-Пальме, особенно на юге острова, из-за крутизны вулканических построек — форм рельефа, порожденных извержениями вулканов — всегда был связан с опасностью возникновения оползней и цунами. А первым предвестником извержения всегда служило усиление сейсмической активности. Однако модели сейсмических процессов, предваряющих извержение, весьма сложны; данные мониторинга землетрясений с трудом поддаются интерпретации, особенно если речь идет о возможности долгосрочного прогнозирования.

Хорошим дополнительным индикатором готовящегося извержения служит деформация грунта в районе вулкана. Она обнаруживается с помощью геодезических методов, в том числе и средствами спутниковой геодезии. Иногда фиксация смещений поверхности не представляет труда. Классическим примером может служить вздутие вулкана Сент-Хеленс перед извержением 1980 года или Безымянного в 1956 году. Другой пример деформаций — гавайские вулканы, на которых из-за малой глубины магматического очага (до восьми километров) и пологого профиля поднятие магмы хорошо заметно. На Канарских островах ситуация иная: магматический резервуар располагается глубже (около 25–30 километров), а вулканические постройки отличаются крутым профилем. На таких крутых вулканах спутниковый радиолокационный мониторинг вертикальных смещений поверхности осложняют атмосферные помехи, сопоставимые по величине с сигналом деформации. При использовании же данных спутниковых систем навигации обнаружение и интерпретация смещений затруднены из-за их малой величины и ограниченного числа доступных точек наблюдения.

Группа ученых из Испании, Италии, Канады и США во главе с Хосе Фернандесом (Jose Fernandez) из Института геонаук в составе Мадридского университета Комплутенсе использовала для обнаружения деформаций поверхности на Ла-Пальме метод спутниковой радиолокационной интерферометрии. Применив комплекс вычислительных методов, ученые добились уточнения результатов, а затем сопоставили их с трехмерной моделью структуры коры, построенной по гравиметрическим измерениям.

На первом этапе исследователи получили интерферограммы поверхности Ла-Пальмы на основе данных со спутников ENVISAT за 2006–2010 годы, RADARSAT-2 за 2010–2017 годы и Sentinel-1 за 2017–2020 годы на волнах диапазона C (от четырех до восьми гигагерц). При этом использовался метод классической дифференциальной интерферометрии (DInSAR), при котором радарные изображения, сделанные из двух разнесенных точек, совмещаются попиксельно. Интерферограмма представляет собой результат комплексного умножения пикселей, каждый из которых несет информацию об амплитуде и фазе радиоволны. Разность фаз интерферограмм, полученных в разное время, указывает на вертикальное смещение поверхности.

Чтобы исключить вклад атмосферных явлений в возникновение разности фаз, исследователи учли информацию о состоянии погоды и применили методы пространственно-временной фильтрации частот и расчета задержки отраженного сигнала по линии прямой видимости спутника вместо оценки зенитной задержки. Последний метод предусматривает интегрирование атмосферной рефракции сигнала вдоль направления прямой видимости, что позволяет избежать ошибок, вызванных неоднородностью атмосферы (наличием облаков, изменением значений температуры и давления). На основе скорректированных интерферограмм ученые рассчитали среднегодовые скорости вертикальной деформации поверхности — около четырех миллиметров в год — отдельно для восходящих и нисходящих ветвей спутниковых траекторий, и смоделировали поле деформации грунта.

Полученную модель ученые подвергли инверсионному преобразованию. В основе этого метода лежит представление о поле деформации как о результате комбинированного воздействия внутренних факторов: изменения давления и глубинных дислокаций, таких как падение, сдвиг или растяжение. Инверсионный метод позволяет локализовать их в трехмерном представлении без учета природы этих факторов. Поскольку со спутника RADARSAT-2 ученые располагали только данными, полученными на нисходящих участках траектории, наблюдения за 2010–2017 годы были исключены из обработки как недостаточно достоверные. Наиболее информативными стали данные, полученные спутником Sentinel-1 в 2017–2020 годах. Построенная на их основе карта показывает, что одновременно с ростом числа источников повышенного давления на востоке центральной части острова увеличивалось количество восходящих и нисходящих смещений на юге, сопровождаясь нарастанием сейсмической активности. Во время сейсмического роя в октябре 2017 года произошло 122 сейсмических события, в феврале 2018 года — 79 событий с магнитудой ниже 3.0.

Следующим этапом исследования стало построение трехмерного распределения плотности под поверхностью острова. Для этого ученые привлекли результаты гравиметрических измерений. Область повышенной плотности острова Ла-Пальма располагается под Северным вулканическим комплексом. Там сходятся дайки — трещины, в которые в прошлом внедрился магматический расплав. Эти каналы питали старое подводное вулканическое тело. Для южной части острова, напротив, характерны минимумы плотности на глубинах от 1000 до 2000 метров, вытянутые согласно направлению разлома Кумбре-Вьеха. Исследователи связали их с образованием дислокаций в породе.

Совмещение геодезической и гравиметрической моделей позволило построить общую картину предполагаемых тектонических процессов под островом Ла-Пальма. Из глубинного магматического очага, расположенного под южной частью острова, магма или ее летучие компоненты — флюиды — поднимаются к центру древнего вулканического тела, повышая давление. На юге, над очагом, этот подъем сопровождается взбросами, проседаниями и сдвигами в вышележащих слоях, что вызывает многочисленные слабые землетрясения и небольшие вертикальные смещения поверхности. Это может говорить о наступлении ранней фазы вулканической активности. Дополнительным свидетельством начинающегося подъема магматических флюидов к поверхности могут быть повышения концентрации углекислого газа и гелия как продукта распада радона, зафиксированные в исследуемый период. По всей видимости, количество трещин в южном районе Ла-Пальмы увеличивается, а поскольку тектоническая активность на острове связана с опасностью оползней, авторы работы указывают на необходимость дальнейшего мониторинга ее слабых проявлений.

Ранее геологи обнаружили следы двух ранее неизвестных Йеллоустонских суперизвержений, а также построили модель динамики развития глубинных сейсмических событий.