(последние 10 )
2021-10-13
2021-10-13
2021-10-13
2021-10-13
2021-04-05
2021-04-05
2021-04-05
2021-04-05
2021-04-05
2021-04-05 |
|
|
новость в темах: • ЗЕМЛЯ • Геология • ТЕОРИЯ и ПРАКТИКА • Технологии и материалы • Российские
2021-04-05 (№ 58)
Сейсмическая томография: как приручить злодея?
Локализация происходящего и источник в СМИ:
Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН. Портал Год науки в РФ
Научиться предсказывать извержения вулканов — значит избавить мир от тысяч напрасных жертв. Заместитель директора Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН, заведующий лабораторией сейсмической томографии член-корреспондент РАН Иван Кулаков рассказал, как российские вулканологи используют для этого метод сейсмической томографии
Благородные злодеи планеты
Вулканы успели причинить человечеству немало бед. Несколько крупных вулканических извержений стали причиной колоссальных исторических сдвигов и потрясений. Например, извержение Везувия в 79 году нашей эры стало началом заката Римской империи. Извержение вулкана Санторини, по всей видимости, уничтожило крито-микенскую культуру. Взрыв вулкана Тамбора в 1815 году привел к серьезным климатическим изменениям. Температура на планете упала настолько, что летом в Германии лежал снег. Европу постиг страшный неурожай. В результате произошло массовое переселение европейцев в Америку, а в самой Америке – переселение на Дикий Запад. Кстати, одним из последствий этого извержения было изобретение велосипеда: так как гужевой скот погиб от голода, пришлось создавать альтернативные способы передвижения.
В российской истории вулканы, по всей видимости, тоже сыграли свою роль. Одной из причин Смутного времени, которое началось в 1601 году, могло стать извержение перуанского вулкана Уайнапутина. Вулкан выбросил в атмосферу около 30 тысяч км3 твердого материала. Каким-то образом это облако дошло до Северного полушария и оказалось в небе над Россией, что привело к резкому похолоданию и катастрофическому неурожаю. В итоге реформы Бориса Годунова, которые в обычных условиях могли принести стране большую пользу, потерпели неудачу, и началась Смута.
В середине 80-х годов XVIII века извержение вулкана Лаки в Исландии оказало сильнейшее воздействие на климат Европы. Тогда на поверхность земли излилось около 15 км3 базальтовых лав; в атмосферу попало огромное количество ядовитых газов. В итоге в Исландии погибла большая часть скота, а последовавший за этим голод унес жизни 20% населения острова. Пепел, покрывший небо над всем Северным полушарием, вызвал сильное понижение температуры. В результате в Европе начались голод и беспорядки, которые в конце концов привели к Великой французской революции.
Извержения, оказывающие глобальный эффект на климат Земли, происходят примерно раз в столетие. Последний раз это случилось в 1883 год, когда взорвался вулкан Кракатау. Тогда вся Европа наблюдала психоделические закаты.
— Человек пока не способен ни повлиять на извержения вулканов, ни остановить их, — говорит Иван Кулаков. — Однако мы имеем достаточно инструментов, чтобы предсказать извержения. Все вулканы очень разные. Это потрясающе красивые объекты. Я их называю благородными злодеями — они похожи на персонажей Джонни Деппа. Каждый раз они так или иначе сообщают о готовящемся извержении. Наша задача эти сигналы расшифровать.
Так вулканологи очень точно определили время и масштаб извержения вулкана Мерапи в Индонезии в 2010 году, указав, когда и из какого района надо эвакуировать население. Благодаря этому сотни тысяч людей были спасены.
Кстати, землетрясения и извержения вулканов совершенно разные вещи. Кулаков называет землетрясения маньяками-убийцами. В отличие от извержений землетрясения невозможно предсказать. Хотя есть примеры удачных прогнозов, однако универсального инструмента предсказания я не существует. Для его создания было сделано так много неудачных попыток, что на сегодняшний день это направление воспринимается многими как лженаука.
С извержениями дело обстоит куда лучше. Однако то, что работает для одного вулкана, далеко не всегда будет работать для другого. Чтобы научиться предсказывать извержения, надо представлять себе, как устроен вулкан внутри, то есть понимать, как работает его магматическая система.
Зачем вулканологам томограф
Магматическая система вулкана — это сложнейшая система, включающая в себя резервуары магмы, находящиеся под вулканом, и каналы, соединяющие их между собой и с поверхностью. Там все время что-то вскипает, одни минералы превращаются в другие, становятся то твердыми, то жидкими, то газообразными. Чтобы представить, как все это работает, надо знать строение системы, понимать, где находятся ее очаги и проходят каналы, ведущие на поверхность. Сейсмическая томография — одна из самых новых и перспективных технологий, позволяющая изучить строение земных недр.
Технология сейсмической томографии основана на том же принципе, который действует и в томографии медицинской. Объект просвечивается тем или иным источником волнового излучения. Волны, проходя сквозь объект, по-разному реагируют на участки с разными физическими свойствами. Считав эту информацию и расшифровав ее, можно построить картину внутреннего строения объекта.
Понятно, что вулканологам для создания колебаний нужен источник. Он может быть искусственным или естественным. Один из способов «поднять волну» — приехать на вулкан и устроить там искусственные взрывы. Но во-первых, это ужасно дорого, а во-вторых, запрещено. Люди не хотят беспокоить вулканы зря.
— В 1997 году в моей первой экспедиции мы работали на Везувии в Италии, — рассказывает Иван Кулаков. — Большая международная группа вулканологов организовала там активный сейсмический эксперимент. В роли источников сотрясений выступала водяная пушка. По Неаполитанскому заливу шел корабль и производил мощные гидроудары. Они совершенно безобидны с экологической точки зрения, но являются эффективным источником сейсмического сигнала. И все же власти в конце концов запретили этот эксперимент. Вокруг Везувия живут миллионы людей, и все они очень болезненно воспринимают любую подобную деятельность.
Впрочем, команда Кулакова работает не с искусственными источниками волн, а с теми, которые рождаются самой природой. Это небольшие землетрясения, часто сопровождающие вулканическую деятельность.
Миссия выполнима
Волны, испускаемые землетрясениями, фиксируются с помощью сейсмостанций – небольшого комплекса приборов, который устанавливается в непосредственной близости от вулкана. Сейсмостанция состоит из сейсмометра (чувствительный микрофон, который закапывается в землю и фиксирует даже самые слабые колебания земли в широком диапазоне частот), регистратора, который оцифровывает сигнал и записывает его на обычную карту памяти, и, наконец, батареи, которая позволяет станции работать в автономном режиме в течении долгого времени. Установка сейсмической сети на вулкане – довольно сложная операция. Вулканы часто расположены в местах, где дороги не предусмотрены, а до точки можно обраться либо на вертолете, либо пешком. В последнем случае все оборудование приходится тащить на себе, а самая тяжелая часть станции – батарея – может весить более 40 кг. Потом надо все это закопать в землю. И так много раз. Для реализации сейсмической томографии нужно установить как можно больше станций. Обычно группа Кулакова устанавливает 9-10 станций. Но если удается организовать международную кооперацию, из число может доходить до 100.
— Сейсмостанция стоит дорого, как хороший автомобиль, — говорит Кулаков. — Причем есть большой риск, что их затопит дождем или выкопают медведи. Во многие места проникнуть очень сложно. Например, на Камчатские вулканы можно попасть только на вертолете. У нас очень ценится способность быстро копать ямы: вертолет это дорого, и каждая минута на счету. Наши студенты чувствуют себя кем-то вроде Джеймсов Бондов. Им приходится спрыгивать с зависшего вертолета и совершать прочие подвиги.