Κατανόηση των συνδεδεμένων ηφαιστείων:Νέα έρευνα για βελτιωμένες προβλέψεις έκρηξης

Σε όλο τον κόσμο, οι ηφαιστειολόγοι ακολουθούν το μονοπάτι του μάγματος καθώς ταξιδεύει μεταξύ συνδεδεμένων ηφαιστείων, σε μια προσπάθεια που θα μπορούσε να οδηγήσει σε βελτιωμένες προβλέψεις έκρηξης.

Το σύστημα ρωγμών Fagradalsfjall της Ισλανδίας εξερράγη πολλές φορές μεταξύ 2021 και 2023, μετά το οποίο φάνηκε να παίρνει τη θέση του το σύστημα σχισμάτων Svartsengi.

Οδηγός για την Ισλανδία

Εισαγωγή

Το καλοκαίρι του 1912, η είδηση έφτασε στον Robert Fiske Griggs ότι η αποκάλυψη είχε φτάσει στο Kodiak, ένα κατοικημένο νησί στα ανοιχτά της Αλάσκας. Την επόμενη χρονιά, ο Γκριγκς, βοτανολόγος στο Πανεπιστήμιο του Οχάιο, οδήγησε την πρώτη από τις πολλές αποστολές στο νησί, όπου μαζί με μια ομάδα είδαν ένα ανησυχητικό θέαμα:το Kodiak ήταν τυλιγμένο σε ένα γεμάτο πόδι στάχτης. Και δεν ήταν μόνο το νησί. Στην ηπειρωτική χώρα, σε ένα ηφαίστειο με πολλές κορυφές που ονομαζόταν Mount Katmai, το τοπίο που καλύπτεται από αιθάλη εξακολουθούσε να εκπέμπει επιβλαβές αέριο.

Τα περίχωρα του όρους Katmai ήταν το σπίτι μιας καταπράσινης κοιλάδας ποταμού. Ο Γκριγκς έγραψε αργότερα ότι στις τοπογραφικές του αποστολές, διαπίστωσε ότι «ήταν γεμάτο από εκατοντάδες, όχι, χιλιάδες —κυριολεκτικά, δεκάδες χιλιάδες— καπνούς που κουλουριάζονταν… Μερικοί έστελναν στήλες ατμού που υψώθηκαν χίλια πόδια πριν διαλυθούν». Η τοποθεσία, η οποία φούσκαρε και σφύριζε για δεκαετίες, εξακολουθεί να ονομάζεται Κοιλάδα των Δέκα Χιλιάδων Καπνών.

Ο Γκριγκς και οι συνάδελφοί του εκδρομείς περπατούσαν στον απόηχο της πιο παραγωγικής πράξης ηφαιστειότητας του 20ου αιώνα - μια φρενίτιδα 60 ωρών που έπνιξε μεγάλο μέρος του Βορειοδυτικού Ειρηνικού στο χιόνι από όνυχα. Τα αερολύματα που απελευθερώθηκαν από την έκρηξη παρέμειναν τόσο πολύ στην ατμόσφαιρα που οι μέσες θερμοκρασίες στο βόρειο ημισφαίριο έπεσαν κατά 1 βαθμό Κελσίου για περισσότερο από ένα χρόνο.

Η έκρηξη έκανε κάτι περισσότερο από το να δροσίσει τους ουρανούς και να κάψει ένα ολόκληρο δίκτυο κοιλάδων. Κατέρρευσε επίσης δύο από τις τρεις κορυφές του όρους Katmai σε ένα ενιαίο λάκκο βάθους 1 χιλιομέτρου και πλάτους 2,5 χιλιομέτρων. Εκείνη την εποχή, φαινόταν προφανές τι είχε συμβεί:Το Katmai είχε απελευθερώσει το μεγαλύτερο μέρος του μάγματος του και είχε αφήσει ένα τεράστιο χάσμα στο πέρασμά του.

Αλλά η αλήθεια δεν είναι πάντα προφανής. Στη δεκαετία του 1950, η λεπτομερής γεωλογική χαρτογράφηση του Κατμάι και των περιχώρων του από τον Γκάρνις Κέρτις, γεωλόγο στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϋ, αποκάλυψε ότι η έκρηξη δεν προέκυψε από τις κορυφές του ηφαιστείου που τώρα έχουν καταρρεύσει, αλλά από ένα άνοιγμα στον φλοιό της Γης 10 χιλιόμετρα δυτικά που δεν είχε ξαναδεί.

Μετά από εκτεταμένη έρευνα πεδίου, οι επιστήμονες κατέληξαν σε ένα συμπέρασμα:Τα δύο τρίτα του Katmai είχαν εξαφανιστεί επειδή αυτό το άνοιγμα είχε κλέψει το μάγμα του Katmai. Η ιδέα ήταν αμφιλεγόμενη, επειδή τα ηφαίστεια πίστευαν πάντα ότι δρούσαν ανεξάρτητα, αξιοποιώντας τις δικές τους προμήθειες λιωμένου, εκρηκτικού βράχου. Αλλά το Katmai και το άνοιγμα, που ονομάστηκε Novarupta, πρόσφεραν την πρώτη πραγματική ένδειξη ότι τα ηφαίστεια θα μπορούσαν να συνδεθούν ή να "ζευχθούν".

Κατά τη διάρκεια της έκρηξης το 1912, η πόλη Kodiak θάφτηκε σε ένα πόδι στάχτης.

Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον μέσω Wikimedia Commons

Την τελευταία δεκαετία, χάρη σε μια βελτιωμένη σειρά αισθητήρων και τεχνικών και μια ισχυρότερη επιστημονική κατανόηση, οι ερευνητές εντόπισαν άλλα συζευγμένα ηφαίστεια από τη Χαβάη στην Ελλάδα και από την Ιαπωνία στην Ισλανδία. Κάθε σύζευξη είναι μοναδική, είπε η Νταϊάνα Ρομάν, ηφαιστειολόγος στο Carnegie Science στην Ουάσιγκτον, αλλά βασικά, τα συζευγμένα ηφαίστεια «μοιάζουν να μιλάνε μεταξύ τους». Με τη συνεχή μελέτη, οι επιστήμονες μαθαίνουν να ακούν τι λένε.

Πλάγια βήματα

Σκεφτείτε το μάγμα σαν μια ιδιαίτερα κολασμένη σούπα:ένα ζεστό μείγμα στερεών κρυστάλλων και λιωμένου, γεμάτου με αέριο βράχου. Όπως και η σούπα, έρχεται σε διαφορετικές γεύσεις. Μερικές φορές είναι γεμάτο με μια ένωση που ονομάζεται πυρίτιο, που το κάνει παχύρρευστο και σκοτεινό σαν λάδι. Μερικές φορές, είναι ελαφρύ στο πυρίτιο, που το κάνει να τρέχει σαν ζεστό μέλι. Όταν το μάγμα εισχωρεί στην επιφάνεια της Γης, συνήθως ονομάζεται λάβα.

Όποια κι αν είναι τα συστατικά του, το μάγμα είναι φυσικά πλεούμενο. Γενικά, «το μάγμα υποτίθεται ότι ανεβαίνει προς τα πάνω», είπε ο Falk Amelung, γεωφυσικός στο Πανεπιστήμιο του Μαϊάμι. Αλλά η πράξη κλοπής μάγματος του Novarupta έδωσε τον πρώτο υπαινιγμό ότι ο λιωμένος βράχος μπορεί να είναι πιο ευκίνητος από ό,τι οι επιστήμονες αντιλήφθηκαν. «Ήμασταν τόσο απασχολημένοι με το πώς το μάγμα φτάνει από το βάθος στην επιφάνεια που ίσως έχουμε περιορίσει το πρόβλημα σε μια διάσταση», δήλωσε ο David Pyle, ηφαιστειολόγος στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης.

Στη δεκαετία του 1950, οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι ο Κατμάι δεν ήταν υπεύθυνος για τον κατακλυσμό του 1912 όταν χαρτογράφησαν την τέφρα της έκρηξης. Αντί να σχηματίσει ένα ομόκεντρο σχέδιο γύρω από το Katmai, η στάχτη περικύκλωσε τη Novarupta.

Mark Belan/Quanta Magazine

Περαιτέρω αποδείξεις προέκυψαν σε μελέτες ηφαιστειακών πετρωμάτων που βρέθηκαν στο Katmai που ονομάζονται ανδεσίτες και δακίτες, τα οποία είχαν την ίδια χημική σύνθεση με αυτά που ανατινάχθηκαν από τη Novarupta. «Είναι τέλειο ταίρι», είπε ο John Eichelberger, ηφαιστειολόγος και ερευνητής φυσικών κινδύνων στο Πανεπιστήμιο της Αλάσκας, Fairbanks. Επιπλέον, ο όγκος του βράχου που αφαιρέθηκε κατά τη διάρκεια της κατάρρευσης του Katmai ήταν σχεδόν ακριβώς ίσος με τον όγκο του βράχου που προωθήθηκε από τη Novarupta.

Οι γεωλόγοι πιστεύουν τώρα ότι το μάγμα κάτω από το Katmai μετακινήθηκε λοξά για αρκετά χιλιόμετρα πριν αναδυθεί στη Novarupta. "Δεν υπάρχει αμφιβολία ότι υπάρχει άμεση σύνδεση μεταξύ Novarupta και Katmai", είπε ο Eichelberger.

Αλλά κανείς δεν είναι σίγουρος γιατί το μάγμα κινήθηκε με αυτόν τον τρόπο. Ο Eichelberger είπε ότι αναρωτιέται αν η κατάσταση μοιάζει λίγο με τη δραστηριότητα σε ένα αρτεσιανό πηγάδι, όπου υπόγεια υγρά υπό πίεση ρέουν φυσικά από ένα νέο άνοιγμα. Σε αυτή την περίπτωση, το άνοιγμα στο Novarupta πιθανότατα δημιουργήθηκε από ένα αδίστακτο ρεύμα ανερχόμενου μάγματος που έσπασε το δρόμο του μέσα από τον φλοιό. Αυτό άνοιξε ένα κανάλι χαμηλής πίεσης και το μάγμα του ίδιου του Katmai κινήθηκε λοξά προς το μέρος του.

Η έκρηξη δεν παρακολουθήθηκε με σύγχρονα όργανα, έτσι οι επιστήμονες μπορούν μόνο να προσφέρουν τις καλύτερες εικασίες τους για το τι συνέβη. Για να δημιουργήσουν το σύνολο των αποδεικτικών στοιχείων τους ότι το μάγμα θα μπορούσε να κινείται μεταξύ συζευγμένων ηφαιστείων, θα πρέπει να καταγράψουν τη διαδικασία με αισθητήρες υψηλής τεχνολογίας σε πραγματικό χρόνο.

Το 2014, έκαναν ακριβώς αυτό.

Οι κορυφές του όρους Katmai κατέρρευσαν μερικώς το 1912, αφήνοντας πίσω τους έναν κρατήρα.

Steven Prorak/Alamy

Ψυχρή σύνδεση

Η Ισλανδία είναι ένα πλωτό φρούριο από ηφαίστεια. Αυτό οφείλεται εν μέρει στο ότι η χώρα βρίσκεται στην κορυφή του ορίου δύο τεκτονικών πλακών που αποκλίνουν. τραβιέται συνεχώς στα δύο.

Το 2014, μια απότομη αύξηση των σεισμών κάτω από το ηφαίστειο Bárðarbunga σε σχήμα καζάνι φαινόταν να υποδηλώνει ότι μια έκρηξη ήταν επικείμενη. Αλλά οι σεισμοί μετανάστευσαν μακριά από την Bárðarbunga και τελικά αναβλύθηκε λάβα από πολλές ρωγμές στο βασίλειο ενός άλλου ηφαιστείου, του Askja, σε μια τοποθεσία που ονομάζεται Holuhraun, 45 χιλιόμετρα μακριά.

Αυτή ήταν η πρώτη φορά που οι επιστήμονες είδαν μάγμα να φαίνεται να ταξιδεύει τόσο μακριά από το ένα ηφαίστειο στο άλλο. Αυτός είναι «ένας πολύ μακρύς δρόμος για το μάγμα να ταξιδέψει πλευρικά», είπε η Kristín Jónsdóttir, επικεφαλής του τμήματος ηφαιστείων, σεισμών και παραμορφώσεων στο Ισλανδικό Μετεωρολογικό Γραφείο.

Μέχρι το 2020, ένα άλλο τμήμα του νησιωτικού έθνους, η χερσόνησος Reykjanes, είχε αρχίσει να σείζεται. Οι επιστήμονες σημείωσαν την περιοχή με αισθητήρες που τους επέτρεψαν να παρακολουθούν την υπόγεια μετανάστευση του μάγματος με αξιοσημείωτη ακρίβεια. Χρησιμοποίησαν σεισμόμετρα, τα οποία μπορούν να καταγράψουν τον ήχο του μάγματος καθώς σπάει μέσα από τον φλοιό, μαζί με όργανα που μετρούν το μεταβαλλόμενο σχήμα του εδάφους.

Αμέσως μετά την ολοκλήρωση της εγκατάστασης, το σύστημα ρωγμών Fagradalsfjall της χερσονήσου αναπτύχθηκε για πρώτη φορά μετά από περίπου οκτώ αιώνες. Έκρηξε επανειλημμένα μεταξύ 2021 και 2023. Στη συνέχεια, στα τέλη του 2023, ανέλαβε ένα διαφορετικό σύστημα σχισμής, που ονομάζεται Svartsengi. Ξεσπούσε κάθε λίγους μήνες ενώ το Fagradalsfjall σιώπησε.

Καπνός και λάβα εκρήγνυνται από το ηφαίστειο Fagradalsfjall της Ισλανδίας το 2021.

Κάστρο Rowan/Alamy

«Ποτέ δεν κάνουν κάτι ταυτόχρονα», είπε ο Jónsdóttir. «Το να εναλλάσσονται έτσι… είναι πολύ ύποπτο». Φαινόταν ότι, ακριβώς όπως οι Bárðarbunga και Askja, οι Fagradalsfjall και Svartsengi ήταν συνδεδεμένοι.

Μισό κόσμο μακριά, ένας άλλος επιστήμονας εργαζόταν πάνω στα εργαλεία για να μετατρέψει αυτές τις μαγματικές συνδέσεις σε χάρτη.

Hot on the Trail

Για δεκαετίες, οι επιστήμονες χρησιμοποιούσαν τους σεισμούς για να εντοπίσουν το μάγμα, αλλά η εργασία ήταν συχνά αργή και ανακριβής. Μέχρι πρόσφατα, οι επιστήμονες μπορούσαν να διαβάσουν μόνο χειροκίνητα γραφήματα σεισμικών καταγραφών για να διακρίνουν τους δονήσεις και στη συνέχεια να χρησιμοποιήσουν τα δεδομένα για να εντοπίσουν τις κινήσεις του μάγματος που τους προκάλεσαν. Πολλοί από τους πιο ανεπαίσθητους σεισμούς, θαμμένοι στον θόρυβο του περιβάλλοντος, ήταν αόρατοι στα ανθρώπινα μάτια.

Στη δεκαετία του 2010, ο Ζακ Ρος, γεωφυσικός στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνια, ήθελε να βελτιώσει τη διαδικασία εύρεσης σεισμών. Εκπαίδευσε ένα πρόγραμμα μηχανικής μάθησης σε διάφορες σεισμικές συμφωνίες που ηχογραφήθηκαν σε όλη την Καλιφόρνια για μια δεκαετία. Τελικά, το πρόγραμμα εντόπισε 10 φορές περισσότερους δονήσεις από ό,τι είχε καταφέρει να βρει οποιαδήποτε σεισμική έρευνα υπό την ηγεσία του ανθρώπου. Ως αποτέλεσμα, προηγουμένως αόρατα δίκτυα σφαλμάτων σε όλη την Καλιφόρνια φωτίστηκαν σαν πυροτεχνήματα.

Στη συνέχεια, ο Ross δοκίμασε μια νέα, πιο προηγμένη έκδοση των αλγορίθμων του για την εύρεση σεισμών σε δεδομένα από τη Χαβάη. Η Χαβάη, όπως και η Ισλανδία, είναι γεμάτη ηφαίστεια. Και ενώ πολλά είναι εξαφανισμένα ή αδρανοποιημένα, δύο από αυτά, η Kīlauea και η Mauna Loa, εξακολουθούν να είναι ικανά για καταστροφικές και θανατηφόρες εκρήξεις.

Οι ηφαιστειολόγοι υποψιάζονταν σε μεγάλο βαθμό ότι η Kīlauea και η Mauna Loa ενεργούσαν ανεξάρτητα. Η χημεία των εκρηκτικών τους λάβων δεν θα μπορούσε να είναι πιο διαφορετική και δεν υπήρχε κανένα πειστικό στοιχείο που να υποδηλώνει ότι μια έκρηξη στο ένα θα μπορούσε να επηρεάσει το άλλο.

Το 2019, υπήρξε μια δίνη σεισμικής δραστηριότητας κοντά στην Kīlauea, βαθιά κάτω από την πόλη Pāhala. Ο Ρος τροφοδότησε εγγραφές από το κούνημα στους αλγόριθμους του για να δημιουργήσει έναν τρισδιάστατο χάρτη. Στην πορεία, αποκάλυψε ένα γιγάντιο σύστημα διαδρόμων.

Πεζοπόροι επισκέπτονται ηφαιστειακούς κρατήρες στη Σαντορίνη το 2001.

Rolfsteinar μέσω Wikimedia Commons

Στην καρδιά αυτού του μαγματικού κυκλοφορικού συστήματος βρισκόταν μια σειρά από οριζόντιες δεξαμενές που ονομάζονταν σύμπλεγμα περβάζων Pāhala. Από αυτές τις δεξαμενές διακλαδίζονταν δύο αρτηρίες, η μία οδηγούσε στην Κιλαουέα και η άλλη έφτανε προς τη Μάουνα Λόα. «Θυμάμαι πολύ καθαρά πώς αντιδράσαμε όλοι όταν το είδαμε για πρώτη φορά στο γραφείο μου», είπε ο Ρος. "Ήταν αρκετά σοκαριστικό."

Η ιδέα ότι και οι δύο μοιράζονταν μια βαθύτερη πηγή μάγματος, αλλά ξέσπασαν δύο χημικά διαφορετικούς τύπους λάβας έκανε τους ανθρώπους «πραγματικά άβολα», είπε ο Roman. Αλλά τα σεισμικά στοιχεία ήταν αδύνατο να αγνοηθούν. φαίνεται να συνδέονται.

Η σύνδεσή τους φαίνεται διαφορετική - πιο υδραργυρική, μεταβλητή, σε σύγκριση με αυτές άλλων συζευγμένων ηφαιστείων. Μερικές φορές, όπως με τα ηφαίστεια της Ισλανδίας, αυτά στη Χαβάη εκρήγνυνται εναλλάξ. Αυτό θα μπορούσε να οφείλεται στο ότι κάποιος χτυπά το μάγμα από την κοινή πηγή τους τόσο επιθετικά που το άλλο ηφαίστειο δεν έχει πολλά να εξαγάγει. Αλλά σε άλλες περιπτώσεις, και τα δύο ξεσπούν ταυτόχρονα. Αυτό θα μπορούσε να οφείλεται στο ότι η μαγματική καρδιά που τα συνδέει γεμίζει με τόσο πολύ μάγμα που και τα δύο ηφαίστεια "παίρνουν χυμό", είπε ο Roman.

Συμμετοχή στη συνομιλία

Η Σαντορίνη είναι ένα ελληνικό νησί σε σχήμα Γ με βίαιο ηφαιστειακό παρελθόν. Η πιο καταστροφική έκρηξη του ηφαιστείου του, περίπου το 1600 π.Χ., συνέβαλε στο τέλος του ναυτικού μινωικού πολιτισμού. Σήμερα, δύο μικρά νέα ηφαίστεια αναπτύσσονται έξω από τον κόλπο του και ένα άλλο που ονομάζεται Κολούμπο — ικανό να παράγει τρομακτικά τσουνάμι και σύννεφα ασφυκτικών αερίων — παραμονεύει υποβρύχια ακριβώς στην ανοικτή θάλασσα.

Δεν αποτελεί έκπληξη το γεγονός ότι η περιοχή παρακολουθείται εκτενώς από επιστήμονες. Το 2024, μια νέα γερμανοελληνική επιχείρηση με την ονομασία Multi-Marex άρχισε να εγκαθιστά στρώματα αισθητήρων όχι μόνο στη στεριά αλλά και στον πυθμένα της θάλασσας γύρω από τη Σαντορίνη. Η προσπάθεια απέδωσε σχεδόν αμέσως, είπε ο Jonas Preine, ηφαιστειολόγος στο Ωκεανογραφικό Ίδρυμα Woods Hole. τυχαία, στα τέλη Ιανουαρίου 2025, η περιοχή άρχισε να ανατριχιάζει.

Μεγάλοι σεισμοί ταρακούνησαν τη Σαντορίνη και πολλοί από τους κατοίκους της τράπηκαν σε φυγή, φοβούμενοι έκρηξη. «Οι κάτοικοι ήταν τόσο ανήσυχοι», είπε ο Preine. Αλλά μετά από αρκετές εβδομάδες, οι σεισμοί έπεσαν. Ταυτόχρονα, τόσο η Σαντορίνη όσο και το Κολούμπο συρρικνώθηκαν.

Τι έγινε; Η τεκτονική αρχιτεκτονική του Αιγαίου Πελάγους είναι ακατάστατη, γεμάτη με διασταυρούμενα ρήγματα και μυριάδες ηφαίστεια που κάνουν εξαιρετικά δύσκολη την αποκάλυψη του τι συμβαίνει στο βάθος. Αλλά οι επιστήμονες που ανέλυσαν δεδομένα Multi-Marex με τη βοήθεια της μηχανικής μάθησης έδωσαν γρήγορα μια εξήγηση:Ένα ρεύμα μάγματος είχε ανέβει από μεγάλο βάθος σε μόλις 3 χιλιόμετρα περίπου κάτω από την επιφάνεια. Το μάγμα δεν είχε αρκετή ορμή για να βγει στην επιφάνεια, αλλά φαινόταν να δανείζεται μέρος του λιωμένου βράχου του από αλλού.

Μια άλλη δεξαμενή μάγματος στον φλοιό, που κάποιος θεωρούσε ότι τροφοδοτούσε το Κολούμπο, συρρικνώθηκε καθώς τα αποθέματά του αποστραγγίστηκαν. Σίγουρα φαινόταν σαν μια άλλη περίπτωση ηφαιστειακής σύζευξης — και η ομάδα ελπίζει ότι η βελτιωμένη κατανόησή της θα οδηγήσει σε πιο ακριβείς προβλέψεις για τη μελλοντική ηφαιστειακή δραστηριότητα της Σαντορίνης και του Κολούμπο.

Στην Ελλάδα και τη Χαβάη και σε άλλες τοποθεσίες όπως η Κεντρική Αφρική και η Ιαπωνία, οι ερευνητές αναζητούν τα επόμενα σετ συζευγμένων ηφαιστείων, τα οποία γνωρίζουν ότι ενδέχεται να παρουσιάζουν μια ποικιλία συνδεδεμένων συμπεριφορών, συμπεριλαμβανομένης της στροφής ή της ταυτόχρονης έκρηξης. Τώρα γνωρίζουν ότι τα συζευγμένα ηφαίστεια δεν θα παράγουν απαραίτητα τον ίδιο τύπο λάβας ή τον ίδιο τύπο έκρηξης. Και ξέρουν να μην υποτιμούν πόσο μακριά μπορεί να ταξιδέψει το μάγμα στο ταξίδι του προς την επιφάνεια και πόσο βαθιά μπορεί να είναι η σύνδεση μεταξύ των συζευγμένων ηφαιστείων.

Επόμενο άρθρο

Στα Μαθηματικά, η αυστηρότητα είναι ζωτικής σημασίας. Αλλά οι ψηφιοποιημένες αποδείξεις το πάνε πολύ μακριά;