Jak naukowcy przewidują erupcje wulkanów

Odczytywanie parametrów życiowych wulkanu

Na naszej planecie znajduje się ponad 1500 potencjalnie aktywnych wulkanów, a każdego roku wybucha ich około 50. Przewidywanie, kiedy nastąpi erupcja, pozostaje jednym z największych wyzwań geologii. W przeciwieństwie do prognozowania pogody, które opiera się na dobrze poznanej fizyce atmosfery, przewidywanie erupcji zależy od odczytywania złożonego zestawu podziemnych sygnałów – każdy wulkan ma swoją własną specyfikę i dziwactwa.

Jednak naukowcy poczynili znaczące postępy. Skuteczna prognoza erupcji wulkanu Pinatubo w 1991 roku na Filipinach uratowała tysiące istnień, demonstrując, co może osiągnąć nowoczesny monitoring. Dziś wulkanolodzy łączą co najmniej sześć różnych „parametrów życiowych”, aby ocenić, czy wulkan zmierza ku erupcji.

Sejsmologia: Pierwsze ostrzeżenie

Aktywność sejsmiczna jest najbardziej wiarygodnym wczesnym wskaźnikiem niepokoju wulkanicznego. Gdy magma przedziera się przez skały, wywołuje roje małych trzęsień ziemi. Naukowcy rozróżniają trzęsienia wulkaniczno-tektoniczne, spowodowane pękaniem skał, oraz trzęsienia długookresowe, generowane przez sprężone płyny przemieszczające się przez szczeliny. Trzeci typ – drżenie harmoniczne – sygnalizuje, że magma aktywnie płynie pod ziemią.

Wulkany o wysokim stopniu zagrożenia wymagają gęstych sieci instrumentów. U.S. Geological Survey zaleca co najmniej 12 do 20 stałych stacji sejsmicznych w promieniu 20 kilometrów od głównego otworu wentylacyjnego wulkanu. Na Hawajach USGS monitoruje Kīlauea i Mauna Loa za pomocą ponad 50 ciągłych odbiorników GPS i rozbudowanych sieci sejsmicznych.

Deformacja gruntu i gazy

Gdy magma gromadzi się pod wulkanem, powierzchnia wybrzusza się – czasami o centymetry, czasami o metry. Naukowcy śledzą tę deformację gruntu za pomocą stacji GPS, inklinometrów otworowych i interferometrycznego radaru z syntetyczną aperturą (InSAR) z satelitów, który może wykrywać zmiany rzędu milimetrów na rozległych obszarach.

Gazy wulkaniczne oferują kolejne okno do podziemi. Para wodna dominuje, ale zmiany w proporcjach dwutlenku siarki (SO₂) i dwutlenku węgla (CO₂) często sygnalizują świeżą magmę wznoszącą się ku powierzchni. USGS mierzy te gazy za pomocą spektrometrów UV w fumarolach i czujników lotniczych na pokładzie samolotów badawczych.

Nowy sygnał: Metoda „Jerk”

Przełomowa technika opracowana przez naukowców z GFZ Helmholtz Centre i Institut de Physique du Globe de Paris wykrywa niezwykle subtelne ruchy gruntu mierzone w nanometrach na sekundę do sześcianu. Metoda ta, zwana metodą „Jerk”, wychwytuje sygnały o bardzo niskiej częstotliwości wytwarzane, gdy intruzje magmy przedzierają się przez skały głęboko pod ziemią.

Testowany przez dekadę na Piton de la Fournaise na wyspie Reunion, system skutecznie prognozował 92 procent z 24 erupcji w latach 2014–2023, zapewniając ostrzeżenia od kilku minut do 8,5 godziny. Tylko 14 procent alertów było „fałszywych” – a nawet one wykryły rzeczywiste intruzje magmy, które po prostu zatrzymały się przed dotarciem do powierzchni. Naukowcy planują wdrożyć system na Etnie we Włoszech.

Dlaczego przewidywanie pozostaje niedoskonałe

Pomimo tych postępów, wiarygodne prognozy rzadko wykraczają poza kilka dni przed erupcją. Każdy wulkan zachowuje się inaczej, a zupełnie nowe wzorce prekursorowe mogą pojawić się bez ostrzeżenia. Według Global Volcanism Program Smithsonian Institution, prognozy oparte na interwałach powtarzalności – przewidywanie erupcji na podstawie przeszłych terminów – są „notorycznie zawodne”, ponieważ większość wulkanów nie posiada szczegółowej historii erupcji.

Urzędnicy obserwatoriów stoją również przed trudnym zadaniem znalezienia równowagi: wydawać ostrzeżenia zbyt wcześnie i ryzykować sceptycyzm społeczeństwa; czekać zbyt długo i ryzykować życiem. Spośród 169 geologicznie aktywnych wulkanów w samych Stanach Zjednoczonych, 55 jest klasyfikowanych jako „bardzo wysokie” lub „wysokie” zagrożenie, a jednak wiele z nich nadal nie posiada odpowiedniego sprzętu monitorującego.

Najlepsze prognozy łączą wiele strumieni danych – sejsmiczne, deformacyjne, gazowe, hydrologiczne i obrazy satelitarne – w zintegrowany obraz. Żaden pojedynczy czujnik nie może samodzielnie przewidzieć erupcji, ale razem dają społecznościom cenne godziny lub dni na ewakuację. Wraz z rozszerzeniem się nowych narzędzi, takich jak metoda Jerk, na więcej wulkanów na całym świecie, nauka o prognozowaniu erupcji nadal zmniejsza lukę między ostrzeżeniem a katastrofą.