Трещинное извержение произошло на вулкане Толбачик еще в 2012 году, сформировалось огромное лавовое поле площадью 46 кв. км. Максимальные значения толщины лавового потока превосходят 100 м.
Фото: Сергей Рязанский
Фото: Сергей Рязанский
Добраться до вулкана трудно, тем более сложно проводить на его поверхности постоянные измерения. Поэтому сотрудники Института физики Земли им. О. Ю. Шмидта РАН исследовали смещения поверхности лавового поля вулкана Толбачик с помощью спутниковой радарной интерферометрии: она позволяет определять смещения земной поверхности с очень высокой точностью, до сантиметров и даже миллиметров.
Смещения поверхности лавового потока происходят под воздействием многих процессов, в первую очередь это оседание поверхности потока при его остывании, а также внешние факторы, такие как разрушение пород, их размыв водными потоками и т. д. Все эти смещения непрерывно идентифицируются по спутниковым радарным снимкам.
Смещения оценивались по сериям спутниковых снимков (радиолокационных изображений), которые были выполнены европейским спутником Sentinel-1 с 2017 по 2019 год.
На основной части лавового поля скорость оседания поверхности не превосходила 80 мм/год и была пропорциональна толщине лавового слоя. Особое внимание ученых привлекла аномальная зона вокруг кратера Набоко и конуса Клешня. Здесь наблюдаются самые высокие скорости оседания лавы — от 261 мм/год до 285 мм/год.
И именно в область конуса Клешня, по наблюдениям вулканологов, в процессе извержения поступали огромные объемы расплавленной лавы. Здесь поток разделился на два рукава, они сформировали Ленинградское и Толудское лавовые поля.
Для объяснения процесса погружения поверхности лавы ученые построили детальную математическую модель, которая показала, как остывает лава с учетом выделения тепла при ее кристаллизации, зависимости ее свойств от температуры, с учетом содержания в лаве пор, стекол (незакристаллизованной части лавы) и кристаллов в магматическом расплаве. Для этого ученые Института физики Земли РАН использовали имеющиеся данные о составе лав Толбачика.
Также в построенной модели была впервые учтена скорость наращивания лавового слоя, определяемая с учетом хронологии этого извержения.
Результаты моделирования показали, что на оседание поверхности лавы очень сильно влияют скорость наращивания лавового слоя, содержание стекол и процент пористости.
Для основной части потока наилучшее соответствие данным интерферометрии было достигнуто для медленно формирующегося слоя лавы с пористостью между 10–30% и содержанием стекла между 30–50%. Это позволило впервые определить физические параметры лавы внутри лавового потока.
Области с высокими скоростями погружения поверхности фиксируются именно там, где накопление лавы шло очень быстрыми темпами. Здесь в первые два дня извержения расход магмы составлял 440 м3/с. Это согласуется с расчетами «быстрого» сценария образования слоя лавы, которые показывают значительно более высокие скорости оседания для слоев толщиной более 25 м.
Кроме того, во время извержения в верхней части потока прямо под кратером Набоко образовалась система лавовых труб и каналов. Вулканологи видели, как эти трубы постепенно опустошались во время извержения, лава стекала во внешнюю часть поля, что привело к образованию множества пустот и лавовых труб.
Области аномально быстрого оседания, вероятнее всего, и располагаются над такими «лавовыми пещерами».
Разработка новых математических моделей лавовых потоков, учитывающих особенности конкретного извержения и данные о составе изверженных пород, позволяет сопоставить результаты расчетов со спутниковыми данными о реальной скорости оседания поверхности лавовых полей. Это позволяет получить информацию о пористости лавы, содержании незакристаллизованного вещества (стекол) и о других параметрах, которые невозможно оценить путем наблюдения на поверхности. Кроме того, области аномально быстрого оседания позволяют определить положение лавовых труб и других пустот, невидимых с поверхности.
В целом спутниковые методы в совокупности с наземными исследованиями вулканов повышают достоверность прогнозов будущих возможных извержений. В конечном итоге спутниковые данные вносят вклад в снижение рисков, связанных с извержениями. Здесь надо учитывать не только опасность для жителей и инфраструктуры в окрестности вулканов, но и опасность для авиасообщения и вклад в изменение климата Земли.