SEIZMOLOGIJA

Vulkani uoči erupcije

Kada vulkan počne da grmi, kako utvrditi pravo vreme da se beži? 16. decembra 2000. godine, vulkanolozi su objavili neobično upozorenje: za dva dana počeće erupcija vulkana Popokatepetl!

Naučnici su bili u pravu: 18. decembra, iz Popokatepetla je izbila najveća erupcija u poslednjih hiljadu godina. Zahvaljujući prethodnim najavama naučnika, vojska je evakuisala hiljade stanovnika dan pre erupcije. Niko nije povređen. Kako je tako precizno predviđena?

Predviđanje erupcija značajno je odmaklo u poslednjih dvadeset godina. Za razliku od zemljotresa, koji ostaju nepredvidivi i nasumični, vulkani stvaraju karakterističnu grmljavinu i jeku pre erupcije. Ovo omogućava istraživačima da utvrde vreme erupcije sa velikom preciznošću, ostavljajući dovoljno vremena okolnom stanovništvu da se skloni na sigurno.

Iako se može tačno utvrditi kada će se erupcija dogoditi, i dalje je nemoguće znati kolika će i kakva biti. Bez toga, može se samo nagađati koliko bi područje trebalo evakuisati.

Sprečavanje nepotrebne evakuacije je ključno za poverenje lokalnog stanovništva. Potrebno je naći način na koji bi se moglo ustanoviti da li vulkan samo „pročišćava grlo“ ili se priprema za kataklizmičku eksploziju, ili nešto između treće kao u slučaju Popokatepetla. Odgovor možda leži skriven u istoj grmljavini koja otkriva vreme erupcije. U poslednjih nekoliko godina, vulkanolozi su uspeli da upotrebe snimke ove tutnjave kako bi objasnili veličinu erupcije nakon njenog izbijanja.

Vulkani „pričaju“

Savremene metode predviđanja erupcija datiraju od kataklizmičke erupcije Mount St. Helene, u državi Vašington 1980. Naredne godine Mount St. Helena je bila veoma aktivna i seizmolozi su želeli da prate vibracije koje proizvodi u nadi da će razumeti šta se unutar zemlje događa. Oni kažu da „nam vulkani sve vreme pričaju i daju signale“.

Jedan od tih signala Mount St. Helene posebno ih je zainteresovao. Bila je to vibracija koja se pojačavala nekoliko sekundi, kojom je dominirao nisko frekventni talas, trajanja minut ili više, nazvan „dugi period“. Posmatrajući oblik talasa ustanovili su da ga izaziva rezonanca.

Većina muzičkih instrumenata koristi rezonancu da bi proizvodili zvuke određene visine. Pumpanjem vazduha na jednoj strani cevi, pokreću se talasi vazduha koji se u njoj nalazio. Njihova talasna dužina i visina tona koji proizvode zavise od veličine i oblika samih cevi. Istraživači su se zapitali: da li se isti proces odvija u vulkanima? Svaki „dugi period“ mogao bi biti rezonanca nekog fluida - otopljene magme ili gasa - u šupljini unutar vulkana posle iznenadne promene pritiska izazvane svežom magmom koja je prodrla unutra.

Na Mount St. Heleni primećeni su skupovi signala dugih perioda koji su svi imali istu frekvenciju i dužinu trajanja. Verovatno je da potiču iz iste pukotine u vulkanu i da bi brojanje ovih dugih perioda mogao biti način na koji mogu ustanoviti koliko brzo raste pritisak u njima. Što je češće ponavljanje dugih perioda iz iste pukotine, to je bliža erupcija. Proučavanjem istraživanja vulkana, obavljenih širom sveta, ustanovljeno je da su mnogi imali slične duge periode pre erupcija. Da li su ovi signali dovoljno pouzdani da se na osnovu njih predvide buduće erupcije?

Kako predvideti veličinu erupcije

Krajem decembra 1989. seizmometri na Mount Redoubt, na Aljasci, počeli su da registruju duge periode. Učestalost im se naglo povećala i, za nekoliko dana, prerasla u neprestano treperenje dok se lava probijala ka krateru na vrhu vulkana. Pažljivim osluškivanjem grmljavine predviđeno je da će se erupcija dogoditi u naredna 24 časa. Sledeće večeri, kupola vulkana je eksplodirala i reka otopljenog snega pomešanog sa pepelom pokuljala je niz planinu.

Bitno pitanje bilo je: kako iskoristiti duge periode za predviđanje veličine erupcije? Budući da svaki signal sadrži skup rezonantnih frekvenci, naučnici su zaključili da bi karakteristične frekvence vulkanske pukotine zavisile od njene veličine. Takođe su pretpostavili da bi amplituda i dužina dugih perioda mogle zavisiti od pritiska unutar pukotine. Ako bi uspeli da iskoriste duge periode da ustanove veličinu pukotine i pritisak u njoj, bili bi na pravom putu da predvide veličine erupcije koja sledi. Na osnovu ovih pretpostavki, naučnici su razvili virtualni vulkan-matematički model, po kojem rezonantna vulkanska pukotina stvara duge periode. Model koristi faktore kao što su: veličina pukotine i pritisak unutar nje da bi se predvideli seizmički signali.

Ovaj model prvi put je upotrebljen kod Mount Redoubta kada su ispitivane razne kombinacije veličine pukotine i pritiska u njoj. Uspeli su da stvore dugi period, izuzetno sličan onome kojeg su dobijali iz vulkana. Čak su veličina pukotine i pritisak proizveli istu veličinu erupcije kao ona koja je izbila. Podaci svih snimljenih dugih perioda širom sveta ubačeni su u kompjuter kako bi generisali veličine i pritiske pukotinama. Pošto je ideja sprovedena u delo, ovom metodom uspeli su da izračunaju veličine i pritiske pukotina za par manjih erupcija vulkana Stromboli, u Italiji. Veruje se da se ovaj model sada može koristiti kako bi se predvidela veličina erupcije.

Sa druge strane, stvari nisu tako jednostavne. Svi se slažu da se na osnovu dugih perioda može predvideti vreme erupcije - ali, predviđanje veličine je nešto sasvim drugo. Jedna detaljna studija izvedena je sa podacima o grmljavini vulkana Sufrer Hils, na kapripskom ostrvu Montseratu. Ovaj šablon zvukova siguran je pokazatelj da se sprema erupcija, što se i dogodilo, jula 2001.

Ključanje magme

Prethodni model dugih perioda izostavlja jednu bitnu karakteristiku magme unutar vulkana. Dole duboko, magma je samo gusta i polutečna masa. Dok se istopljena stena podiže, pritisak koji je vršila iznad se smanjuje i gasovi, zarobljeni u magmi, počinju da šikljaju iz rastvora. Magma počinje da ključa, okružuje je još više gasa sve dok lepljive kapi tečne magme ne ostanu zarobljene u matrici gasa. Na kraju se kapi magme mogu razbiti i pretvoriti u pepeo. Dakle, stanje magme direktno zavisi od dubine na kojoj se nalazi u vulkanu. Sama priroda fluida u pukotini mogla bi imati značajnog uticaja na zvuke koje proizvodi.

Primenjujući zapažanja sa Montserata, stvoren je novi virtuelni model vulkana, zasnovan na istim principima kao i prethodni, uključujući i ideju da ključanje magme zavisi od dubine na kojoj se nalazi. Ustanovljeno je da veliki broj kombinacija tipova fluida, dužine pukotine i pritiska mogu proizvesti slične duge periode. Dakle nije moguće koristiti ovaj postupak da bi se, na osnovu dugih perioda, izračunali dubina i pritisak unutar pukotine.

Za sada, ove nesuglasice je teško razjasniti jer istraživači jednostavno ne razumeju koji fluid koji stvara rezonancu i zašto uopšte do toga dolazi? Veliki test biće kada Montserat ili neki drugi vulkan bude spreman za erupciju. Da li će se iko usuditi da predvidi veličinu erupcije? Ulozi su veliki. Činjenica da je od erupcija vulkana stradalo sto hiljada ljudi u toku prošlog veka, sigurno će doprineti da se neko odvaži i to učini.