Похожие статьи
Вулканические извержения опасны и труднопредсказуемы. Команда из Токийского университета обнаружила, что соотношение атомов в некоторых газах, выделяющихся из вулканических фумарол (трещин на поверхности Земли), может служить индикатором того, что происходит с магмой глубоко под землей — подобно анализу крови для проверки здоровья. Они могут указывать, когда ситуация может «накаляться». В частности, изменения в соотношении аргона-40 и гелия-3 могут указывать на степень вспенивания магмы, сигнализируя о риске различных типов извержений.
Понимание того, какие соотношения каких газов указывают на определенный тип магматической активности, является большим шагом вперед. Затем команда надеется разработать портативное оборудование, способное проводить измерения в режиме реального времени на месте, чтобы круглосуточно отслеживать вулканическую активность и создать систему раннего предупреждения.
В Японии 111 действующих вулканов и в среднем 15 вулканических «событий», включая извержения, каждый год. Но эти события, как известно, трудно предсказать, и они могут быть смертельно опасными. В 2014 году вулкан Онтакэ, второй по высоте вулкан Японии и известное туристическое место, неожиданно извергся, к сожалению, убив 58 человек и оставив пятерых пропавшими без вести.
Активность землетрясений обычно является ранним предупреждающим знаком, но некоторые извержения (включая извержение Онтакэ) могут происходить без явных сигналов о землетрясении, поэтому организаторам стихийных бедствий, таким как Японское метеорологическое агентство, не помешали бы другие надежные способы предупреждения жителей о следующей потенциальной катастрофе.
Фумаролы — это отверстия и трещины в земной поверхности (коре), которые выделяют газ и пар и часто возникают вокруг вулканов. Выделяемый газ состоит из смеси химических веществ. Его состав может дать нам представление о том, что происходит под земной корой в мантии, где образуется магма (расплавленная порода), которая выталкивается вверх и в конечном итоге извергается в виде лавы.
Исследователи уже знают, что соотношение изотопов (атомов элемента с одинаковыми химическими свойствами, но разной массой) определенных газов может указывать на скрытую активность магмы.
«Мы знали, что соотношение изотопов гелия иногда меняется от низкого значения, аналогичного гелию в земной коре, до высокого значения, аналогичного значению в мантии Земли, когда активность магмы возрастает. Это было основано на наблюдении за соотношением изотопов гелия в газе холодного источника на острове Эль Йерро на Канарских островах (в Атлантическом океане у северо-западного побережья Африки), где в 2011 году произошло извержение, — объяснил профессор Хирошика Сумино из Центра передовых научных и технологических исследований. — Но мы не знали, почему во время магматических возмущений было больше мантийного гелия».
Чтобы получить больше информации, Сумино и его команда решили провести мониторинг газов из шести фумарол вокруг действующего вулкана Кусацу-Ширанэ, который находится примерно в 150 километрах к северо-западу от Токио в префектуре Гумма. Команда собирала образцы каждые несколько месяцев в течение семи лет с 2014 по 2021 год.
После сбора они проанализировали образцы с помощью современного оборудования — масс-спектрометра инертных газов. Это позволило им точно измерить изотопный состав, включая ультраредкие (крошечные, но важные) изотопы, такие как гелий-3, которого обычно больше в мантии, чем в коре или воздухе.
«Мы смогли обнаружить изменения в магматическом соотношении аргон-40 / гелий-3, связанные с магматическими возмущениями. Используя компьютерные модели, мы показали, что это соотношение отражает, сколько магмы вспенивается под землей, образуя пузырьки вулканического газа, которые отделяются от жидкой магмы. Количество вспенивающейся магмы определяет, сколько магматического газа попадает в гидротермальную систему под вулканом и какова плавучесть магмы. Первое связано с риском фреатического извержения, при котором извержение вызывает повышение давления воды в гидротермальной системе. Второй показатель увеличивает скорость подъема магмы, что приводит к магматическому извержению», — рассказывают ученые.
Эксклюзивный перевод*
Фото: ЮКИ ХИБИЯ
О светлом будущем заботятся политики, о светлом прошлом – историки, о светлом настоящем – журналисты.
