Körülbelül 1500 potenciálisan aktív vulkán található világszerte, melyek évente nagyjából 50 kitörést produkálnak. Továbbra is nehéz azonban megjósolni, hogy ezek mikor és hogyan fognak bekövetkezni, lezajlani. Most a vulkánokban zajló fizikai folyamatokba történő betekintés lehetőséget kínál a kutatók számára, hogy jobban megismerjék viselkedésüket, ami segíthet megvédeni a tűzhányók közelében élő mintegy egymilliárd emberéletet.
A leginkább aktív, úgynevezett lávadómot felépítő vulkánok tartoznak a legveszélyesebb típusúak közé, mivel robbanásveszélyes tevékenységükről ismertek. Ez a típus gyakran úgy tör ki, hogy tetején először lassan, csendesen a sűrű, nehezen folyó lávából egy vastag kupolát épít fel. Amikor viszont ez a folyamatosan növekvő „dugó” egyszer csak kilő, gyorsan mozgó, forró gázáramokat, megszilárdult lávadarabokat, valamint vulkáni hamut bocsát ki, és úgynevezett piroklaszt-ár formájában iszonyatos sebességgel képes lerobogni a tűzhányó oldalán.
„A vulkánokkal kapcsolatos veszélyek rendkívül spontán módon alakulnak ki, előrejelzésük meglehetősen nehéz.” – mondta Thomas Walter, a németországi Potsdami Egyetem vulkanológiai és egyéb geológiai veszélyekkel foglalkozó professzora. „Ezért fontos megérteni ezt a lávadóm-jelenséget.”
A lávakupolák viselkedése ugyanis nem igazán ismert, részben azért, mert kevés adat áll róluk rendelkezésre. Emiatt Walter és munkatársai jobban meg akarják érteni, hogyan alakulnak ki, milyen változatos formát ölthetnek, és miként fest a belső felépítésük. Az elmúlt öt évben ezért a VOLCAPSE nevű projekt keretében innovatív technikákat alkalmaztak a lávadómok megfigyelésére, többek között a műholdak által rögzített nagy felbontású radaradatok, valamint a vulkánok környezetében felállított kamerák közeli felvételeinek segítségével.
„A műholdas adatokat a kamerafelvételekkel összehasonlítva képpontról képpontra meg tudjuk határozni, hogyan változik e kupolák alakja és szerkezete.” – mondta Walter professzor.
A projekt néhány olyan lávadómot építő vulkánra összpontosított, mint például a mexikói Colima, az indonéziai Merapi, az oroszországi Bezymianny, valamint a chilei Lascar és Lastarria. Egy részüket meglátogatva különféle műszereket telepítettek, többek között napelemekből táplált, távvezérelhető, úgynevezett time-lapse kamerákat, melyek adott időközönként, hosszú időn keresztül felvételeket készítenek. Ezek segítségével, ha például lávakupola kezdene kialakulni, a kutatócsoport könnyedén módosíthatja a beállításokat, például hogy esetleg nagyobb felbontásban vagy gyakrabban rögzítsenek.
A tengerszint feletti magasság és a zord időjárási viszonyok miatt azonban a kamerák beállítása a várnál nagyobb kihívást jelentett. „Ez óriási tanulási folyamatnak bizonyult számunkra, többszöri próbálkozással, hibákkal, hiszen nem tudhattuk, mire is számíthatunk, mivel előttünk hasonlót még nem nagyon végzett senki.” – mondta a professzor.
Látogatásai során a kutatócsoport drónokat is használt, melyek képesek átrepülni egy-egy lávadóm felett, és több különböző nézetből nagy felbontású felvételeket rögzíteni, ezek felhasználásával pedig részletes háromdimenziós modellek készíthetők. Ezen felül a drónokra szerelt hőmérséklet- és gázérzékelők további információkat is szolgáltattak.
Az adatokat számítógépes szimulációkba helyezték, hogy képet kapjanak arról, miként változik a lávakupolák növekedése két kitörés között. Ezek segítségével megállapították, hogy az új dómok nem mindig ugyanazon a helyen alakulnak ki. Míg az egyik kitörés alkalmával a vulkán csúcsán, addig legközelebb már valamelyik lejtőjén képződik. A kutatócsoport értetlenül fogadta a megfigyelést, hiszen általában a kitörés során a láva egy a vulkán belsejében lévő csatornán éri el a felszínt, ami ebben az esetben azt jelenti, hogy két kitörés között ennek irányultsága gyökeresen megváltozik.
A jelenségre a vulkánban munkálkodó belső erők, azon belül is az úgynevezett stresszmező eloszlásának vizsgálatával találtak magyarázatot. Amikor a kitörés során a magma kiáramlik, megváltozik az erők eloszlása a belső térben, mely a csatorna átirányítását eredményezi. Azt is megállapították, hogy a stresszmező változása szisztematikus mintázattal rendelkezik, vagyis a lávakupolák helyzetének tanulmányozásával megbecsülhetik, vajon hol alakultak ki a múltban, és hol jelennek meg a jövőben. Ez segíthet meghatározni, hogy a vulkán közelében mely területeken várhatóak leginkább újabb kitörések.
A holra tehát már akad egy kézzel fogható magyarázat, de még mindig ott lebeg egy másik fontos kérdés, mégpedig a mikor. Bár létezik összefüggés a kitörések nagysága és gyakorisága között (a nagy kitörések rendkívül ritkán fordulnak elő a kisebbekhez képes), mégis a megbízható adatok hiánya megnehezíti az ezeket szabályozó folyamatok vizsgálatát.
„Visszafelé haladva a geológiai időben ugyanis egyre kevesebb kitörés nyomait találhatjuk meg az erózió miatt.” – mondta Luca Caricchi, a svájci Genfi Egyetem kőzettan és vulkanológia professzora.
Ezen kívül nem lehet közvetlenül hozzáférni e folyamatokhoz, mivel jócskán a vulkán alatt, mintegy 5-60 kilométer mélységben zajlanak. A kitörés során kilökődött magma kémiai tulajdonságainak és textúrájának vizsgálata adhat néhány nyomot az eseményhez vezető belső folyamatokról, szerencsés esetben pedig a magmakamrák is vizsgálhatóvá válnak, amikor a tektonikai folyamatok révén felbukkannak a Föld felszínén. Néhány, különböző időszakokból kiragadott esemény vizsgálata azonban továbbra is nehéz marad, hiszen ez olyan, mintha egy-egy képkockából próbálnánk meghatározni egy film cselekményét.
Caricchi és munkatársai ezért újszerű megközelítést alkalmaznak a kitörések megismétlődésének előrejelzésére, melyek korábban jellemzően a geológiai nyilvántartások statisztikai elemzésein alapultak. A FEVER nevű projekt révén kutatócsoportja arra törekszik, hogy ezt a korábbi módszert kombinálja a kitörések gyakoriságáért és méretéért felelős folyamatok fizikai modellezésével. Hasonló megközelítést alkalmaznak a földrengések és áradások előfordulásának becslésére is.
A fizikai modellek használata különösen hasznos lehet a vulkánkitörések előrejelzéséhez ott, ahol kevés adat áll rendelkezésre. A kutatócsoport saját modellje olyan változókat tartalmaz, mint például a magmatározó mérete és nyomásviszonyai, a magma felhalmozódásának sebessége, valamint a vulkán alatti kéreg viszkozitása. Több mint egymillió szimulációt hajtottak már végre, felhasználva az összes lehetséges értékváltozatot. A modelljük alapján kapott nagyság és gyakoriság közötti kapcsolat hasonlóan alakult a nyilvántartások adatainak felhasználásával becsült értékekéhez, ez alapján pedig úgy gondolják, pusztán a modell segítségével képesek felvázolni az alapvető folyamatokat.
A kutatócsoport emellett a különböző területek vulkánkitöréseinek nagysága és gyakorisága között bekövetkező változások összefüggéseire is rávilágított. A professzor szerint ennek oka a tektonikus lemezek egyes területeken eltérő geometriájában keresendő. „A sebesség, amellyel egy kőzetlemez a másik alá süllyed, illetve az alábukás szöge is hasonlóan fontos szerepet töltenek be a belőlük eredő kitörések nagyságának és gyakoriságának meghatározásában.” – tette hozzá Caricchi. A kutatócsoport jelenleg ezt az új ismeretet igyekszik beépíteni a modelljébe.
Az elkövetkezendő kitörések hasonló modellekkel történő előrejelzése elősegítheti az ezzel járó veszélyek hatékonyabb felmérését. Például Japánban, az egyik legaktívabb vulkáni területen a különböző nagyságú jövőbeli kitörések valószínűségének ismerete fontos annak eldöntésekor, hogy hol létesítsenek olyan érzékeny infrastrukturális elemeket, mint amilyen például egy atomerőmű. Ez az ismeret emellett az olyan sűrűn lakott helyeken is felbecsülhetetlen, mint az aktív tűzhányók, többek között a Nevado de Toluca ölelésében fekvő Mexikóvárosban. Caricchi és munkatársai is tanulmányozták ezt a vulkánt, amely mintegy 3000 éve nem tört ki, és megállapították, hogy ha a magmás tevékenység újraindulna, nagyjából 10 évbe telne, míg egy nagyobb kitörés potenciálisan bekövetkezne. Így az első jelek észlelésekor megakadályozhatnák a város túl korai, felesleges kiürítését.
SZOUCSEK ÁDÁM
Nyitóképünk: Nevado de Toluca, Mexikó
A cikk a Természet Világa 2021. februári számában (152. évf. 2. sz.) jelent meg.
