Спутник Sentinel-5 по выбросам газа предсказал маленькое извержение вулкана за 40 минут до его начала

Mike Burton et al. / Science Advances, 2021

Вулканологи рассчитали выбросы диоксида серы по спутниковым снимкам Sentinel-5 до, во время и после извержения вулкана Вакаари 9 декабря 2019 года. Увеличение выбросов SO2 было зафиксировано за несколько дней до взрыва, а за 40 минут до взрыва эмиссия газа выросла с 10 до 45 килограммов в секунду. Работа демонстрирует, что анализ динамики извержений с высоким временным разрешением теперь возможен для небольших взрывов. Исследование опубликовано в Science Advances.

В вулканически активных районах распространены гидротермальные системы, подземные резервуары воды и пара. Они берут тепло и летучие вещества из раскаленного магматического тела, а на поверхность выходят в виде геотермальных источников или фумарольных газов. Обычно гидротермальные системы сложены проницаемыми породами, которые перекрыты менее проницаемой толщей. Такое строение создает ловушку для перегретой воды. При изменении давления или проницаемости пород может произойти гидротермальный взрыв, а если вовлечена магма — фреатическое извержение. Такие взрывы чаще всего небольшие, но представляют опасность для людей поблизости. Мониторинг эмиссий газов помогает отслеживать изменения в системе и прогнозировать извержения.

Основными компонентами вулканических газов являются водяной пар и углекислый газ, но мониторинг сосредоточен на измерениях выбросов диоксида серы. Это связано с простотой сбора данных: SO2 легко обнаружить в ультрафиолетовом диапазоне и в отличие от CO2 и H2O у него низкие фоновые концентрации в атмосфере. Наземный мониторинг эмиссий диоксида серы регулярно проводится на 50 вулканах. Глобальный охват помогают обеспечить орбитальные спутники, но раньше их чувствительность к SO2 была недостаточной для измерения дегазации маленьких вулканов.

Исследователи из Великобритании и Новой Зеландии под руководством Майка Бертона (Mike Burton) из Манчестерского университета изучили выбросы диоксида серы до, во время и после извержения вулкана Вакаари 9 декабря 2019 года. Для этих целей ученые использовали данные многоспектрального датчика TROPOMI на борту аппарата Sentinel-5. Инструмент может улавливать аэрозоли с содержанием в атмосфере до 2 единиц Добсона, а его пространственное разрешение составляет 3,5 × 5,5 километров. Траектория движения газового облака вулкана Вакаари была рассчитана с учетом модели ветра.

Остров Вакаари расположен в 48 километрах к северу от побережья Северного острова Новой Зеландии. Этот подтопленный стратовулкан лежит на окраине вулканической зоны Таупо, активность которой связана с погружением Тихоокеанской плиты под Австралийскую. Горячие источники и фумаролы в кратере выделяют высокотемпературные фумарольные газы. С конца 1960-х годов вулканическая история Вакаари состоит из коротких периодов покоя и извержений. После затишья в 2000-х годах наступил вулканически активная фаза с кульминацией в 2019 году. 9 декабря в 14:11 по местному времени началось фреатическое извержение и продлилось две минуты. Стратовулкан выплюнул облако пепла и газа на высоту четыре километра. В момент взрыва на острове находилось 47 туристов. 11 человек погибли на месте, ещё 11 скончались от ожогов в больнице.

Анализ данных TROPOMI указал на увеличение выбросов диоксида серы за 40 минут до взрыва. На этом временном отрезке эмиссии выросли с 10 до 45 килограммов в секунду. Исследователи наложили значения выбросов на ряд сейсмических данных и обнаружили, что пик эмиссий предшествует взрыву. Также были изучены снимки за месяц до и после извержения для оценки аномальности выбросов SO2 9 декабря 2019 года. Средние значения выбросов газа в ноябре составили 2 ± 2,1 килограмма в секунду с максимумом четыре килограмма в секунду 30 ноября. После взрыва средние значения эмиссий диоксида серы не превышали 3,6 ± 1,6 килограмма в секунду.

Интенсивная дегазация может предупреждать о готовности вулкана ко взрыву, и изменение давления с проницаемостью пород приводит к извержению. Авторы считают, что причиной роста эмиссий диоксида серы за 40 минут до извержения стало разрушение резервуара гидротермальной системы, который удерживал газ под давлением. 9 декабря вулкан не смог быстро вывести накопившийся газ, чтобы уменьшить избыточное давление, что и привело к взрыву.

Шлейф извержения Вакаари с массой SO2 165 тонн это самое маленькое облако вулканического газа, которое было определено дистанционными методами. Работа демонстрирует, что анализ динамики извержений с высоким временным разрешением теперь возможен для небольших взрывов. Исследователи отмечают, что переход от интенсивной дегазации к извержению трудно предсказать только по эмиссиям газа. Однако в сочетании с геофизическими наблюдениями выбросы диоксида серы помогут своевременно обнаружить предвестников извержения.

Ранее мы писали о мониторинге активных вулканов с помощью дронов, моделировании извержений в желатине и изучении подводных вулканов методом картирования рельефа морского дна.

Елена Гарова

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.