Προετοιμασία του πεδίου για την αποφυγή ηφαιστειακής καταστροφής μέσω αριθμητικής μοντελοποίησης στο ηφαίστειο Tacaná
Τα ηφαίστεια θεωρούνται συχνά ως παράγοντες καταστροφής και καταστροφών όταν παρουσιάζουν σημαντική εκρηκτική δραστηριότητα, όπως συνεχείς ροές λάβας, σταθερές κατακόρυφες εκρηκτικές στήλες τέφρας και αερίων, λασπορροές με τη μορφή lahars και ρεύματα πυροκλαστικής πυκνότητας (π.χ. πυροκλαστικές ροές, PFs). που είναι ένα εξαιρετικά καυτό μείγμα τέφρας, πετρωμάτων και αερίου (>300°C) που ταξιδεύει στο επίπεδο του εδάφους με ταχύτητες άνω των 100 km/h, καίγοντας και καταστρέφοντας τα πάντα στο δρόμο προς το ηφαίστειο.
Ωστόσο, οι ηφαιστειολόγοι κατάφεραν να αξιολογήσουν αυτού του είδους τα φαινόμενα κατασκευάζοντας χάρτες ηφαιστειακών κινδύνων με βάση α) την ιστορία της έκρηξης του ηφαιστείου (ντετερμινιστική προσέγγιση). β) χρησιμοποιώντας μια πιθανολογική προσέγγιση (στατιστική). ή γ) συνδυασμό και των δύο. Ωστόσο, σε εκείνα τα ηφαίστεια που έχουν παραμείνει για δεκαετίες με ελάχιστη ή καθόλου ορατή δραστηριότητα, ή όπου οι αποθέσεις από αρχαίες εκρήξεις δεν έχουν διατηρηθεί καλά, η αριθμητική μοντελοποίηση γίνεται ένα εύχρηστο εργαλείο στη διαδικασία της αξιολόγησης ηφαιστειακής επικινδυνότητας. Τι είναι όμως ένα αριθμητικό μοντέλο και πώς μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να μιμηθεί ένα φυσικό φαινόμενο όπως αυτά που αναπτύσσονται στα ηφαίστεια;
Με απλά λόγια, ένα μοντέλο θα είναι πάντα μια αφαίρεση του πραγματικού κόσμου με τη μορφή ενός εννοιολογικού σχεδίου, ενός μαθηματικού τύπου, ενός πειράματος ή, με πιο περίπλοκο τρόπο, ενός προγράμματος υπολογιστή. Ωστόσο, ένα πρόγραμμα υπολογιστή χρειάζεται όλες αυτές τις αναπαραστάσεις και όλες τις διαθέσιμες πληροφορίες από τον πραγματικό κόσμο για να λειτουργήσει σωστά. Ως εκ τούτου, στη γεωλογία, ένα αριθμητικό μοντέλο χρησιμοποιεί μαθηματικές εξισώσεις για να περιγράψει τις φυσικές συνθήκες που σχετίζονται με ένα συγκεκριμένο φαινόμενο καθώς και άλλες παραμέτρους εισόδου, όπως η τοπογραφία του εδάφους, ή ακόμα και άλλα μοντέλα που συντάσσονται σε ένα υπολογιστικό πρόγραμμα για την προσομοίωση γεωλογικών σεναρίων όπως ηφαιστειακές εκρήξεις και οι σχετικοί κίνδυνοι τους.
Αυτή ήταν η περίπτωση της ανάλυσης που κάναμε για το Ηφαιστειακό Σύμπλεγμα Tacaná (TVC), το νοτιότερο ενεργό ηφαίστειο στο Μεξικό (πιο γνωστό ως ηφαίστειο Tacaná), το οποίο μοιράζεται επίσης η Γουατεμάλα, καθώς τα διεθνή σύνορα μεταξύ των δύο χωρών διασχίζουν το συγκρότημα από ΒΔ προς ΝΑ. Για αυτό το ηφαίστειο, χρησιμοποιήσαμε τον ανοιχτό κώδικα Titan2D (Patra et al., 2005) που αναπτύχθηκε από την Geophysical Mass Flow Group του Buffalo University, N.Y., ΗΠΑ, για την προσομοίωση των ροών γεωλογικής μάζας πάνω από φυσικό έδαφος. Ειδικότερα, εστιάσαμε στην προσομοίωση των PF στο TVC προκειμένου να αξιολογήσουμε την εξέλιξη των μελλοντικών ροών (χρησιμοποιώντας αυτές που δημιουργήθηκαν τα τελευταία 40.000 χρόνια στην ιστορία του ηφαιστείου), σε περίπτωση που συνεχίσει την εκρηκτική του δραστηριότητα. Αυτό το είδος γεγονότος συνέβη μόλις τον περασμένο Ιούνιο στο ηφαίστειο Fuego στη Γουατεμάλα, που βρίσκεται ~ 100 χλμ νοτιοανατολικά από το TVC. Αυτό το γεγονός παρήγαγε ένα PF που ταξίδεψε περισσότερα από 13 χιλιόμετρα νότια του ηφαιστείου και έθαψε πολλά χωριά, μια καταστροφή που ανανέωσε το ενδιαφέρον μας να αξιολογήσουμε αυτούς τους τύπους κινδύνων στο TVC.
Το TVC δεν είναι απλώς ένα ηφαίστειο, αλλά ένα πολύπλοκο σύστημα τεσσάρων ηφαιστειακών δομών που συνδέονται μεταξύ τους και προσανατολίζονται ΒΑ-ΝΔ, από το οποίο έχουν αναπτυχθεί τουλάχιστον 8 PF στο παρελθόν. Το μεγαλύτερο, που προήλθε πριν από περίπου 2000 χρόνια κατά το τελευταίο εκρηκτικό επεισόδιο του συγκροτήματος, έφτασε σε απόσταση ~15 km νότια από την κορυφή του ηφαιστείου — μια ακόμη μεγαλύτερη απόσταση από ό,τι το PF που αναπτύχθηκε πέρυσι στο ηφαίστειο Fuego!
Επομένως, χρησιμοποιώντας τον αριθμητικό κώδικα του Titan2D, προσομοιώσαμε διαφορετικά σενάρια έκρηξης στο TVC, λαμβάνοντας υπόψη την πιθανή ανάπτυξη γεγονότων που κυμαίνονται από μικρού μεγέθους PF έως γεγονότα τεράστιου μεγέθους (όπως αυτό που ξεκίνησε πριν από 2000 χρόνια). Τα αποτελέσματα που ελήφθησαν με το Titan2D απεικονίζουν τις κατηφορικές τροχιές του ηφαιστείου που θα ακολουθούσαν τα PF, μαζί με τις μέγιστες ταχύτητες, αποστάσεις και βάθη που επιτυγχάνονται για τις αποθέσεις ροής.
Με αυτά τα αποτελέσματα, και μετά από μια σχολαστική και χρονοβόρα ανάλυση, το επόμενο βήμα συνίστατο στην τοποθέτηση όλων των πληροφοριών σε έναν χάρτη, ο οποίος έδειχνε τις ζώνες που θα μπορούσαν να επηρεαστούν για PF μικρών, μεσαίων και μεγάλων γεγονότων (δηλ. χαμηλό, μεσαίο και υψηλό αντίκτυπο). Ο τελικός χάρτης κινδύνου που προτείνεται από την εργασία μας, που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο Journal of Volcanology and Geothermal Research , έδειξε ότι σε περίπτωση ανανέωσης της εκρηκτικής δραστηριότητας του TVC (σε οποιαδήποτε από τις κύριες ηφαιστειακές δομές που το σχηματίζουν), οι ροές που θα αναπτυχθούν θα κατευθύνονταν κυρίως προς την επικράτεια του Μεξικού (η οποία είναι και η πιο πυκνοκατοικημένη σε αυτήν την περιοχή) , επηρεάζοντας μεταξύ 2000 και 12.000 άτομα σε ακτίνα ~10 km. Σε αυτόν τον χάρτη, δείξαμε επίσης ότι άλλοι τύποι ηφαιστειακών κινδύνων θα μπορούσαν να προωθηθούν ταυτόχρονα με το σχηματισμό των PF. Δηλαδή, ο σχηματισμός λαχάρ, που είναι ένα μείγμα νερού και ηφαιστειακών συντριμμιών που σχηματίζουν λασποροές που κινούνται γρήγορα κατεβαίνοντας τις κύριες αποχετεύσεις του ηφαιστείου.
Στην περίπτωση του TVC, υπάρχουν δύο κύριοι ποταμοί που το αποστραγγίζουν:οι ποταμοί Coatán και Suchiate, μαζί με άλλα μικρά ρέματα που θα μπορούσαν εύκολα να μεταφέρουν το ηφαιστειακό υλικό που εναποτίθεται από τα PF στα κατάντη στις πεδινές περιοχές, οδηγώντας σε πλημμύρες και επιπτώσεις ακόμη μεγαλύτερη ζώνη. Αυτό το φαινόμενο συνέβη επίσης κατά την έκρηξη του ηφαιστείου Fuego το 2018 στη Γουατεμάλα, επειδή οι καταθέσεις που άφησαν οι PFs του Ιουνίου άρχισαν να διαβρώνονται από τις έντονες βροχοπτώσεις που σημειώθηκαν λίγες μέρες μετά την έκρηξη, αναπτύσσοντας καυτά λαχάρ που οδήγησαν σε ακόμη μεγαλύτερη καταστροφή .
Ως εκ τούτου, η κατασκευή αυτών των τύπων χαρτών χρησιμεύει ως σημαντικό εργαλείο για την πρόληψη μιας μεγάλης ηφαιστειακής καταστροφής, επειδή εάν οι αρχές Πολιτικής Προστασίας γνώριζαν τις τροχιές που θα ακολουθούσαν οι μελλοντικοί PF, θα μπορούσαν να σχεδιάσουν κατάλληλες διαδρομές εκκένωσης ή να ενημερώσουν σχέδια έκτακτης ανάγκης σε συνδυασμό με τοπικές κυβερνήσεις (στο Μεξικό και τη Γουατεμάλα) προκειμένου να προετοιμαστούν για μια μελλοντική ηφαιστειακή κρίση του ηφαιστείου Tacaná.
Αναφορά:
- Patra, A.K., Bauer, A.C., Nichita, C.C., Pitman, E.B., Sheridan, M.F., Bursik, M.I., Rupp, B., Webber, A., Stinton, A.J., Namikawa, L., Renschler, C. , 2005. Παράλληλη προσαρμοστική αριθμητική προσομοίωση ξηρών χιονοστιβάδων σε φυσικό έδαφος. J. Volcanol. Γεωθερμία. Res. 139, 1-21.
