як супутники виявили зсув вулкана

Супутникові радіолокаційні дослідження виявили, що протягом 12 років до трагічного обвалення вулкана Анак Кракатау в Індонезії відбувалося неперервне сповзання його південно-західного флангу, що могло б послужити раннім попередженням про катастрофу, яка забрала життя понад 400 людей.

Катастрофічне обвалення вулкана Анак Кракатау у 2018 році стало причиною смертоносного цунамі, яке вразило прибережні райони островів Ява і Суматра. Ця трагедія призвела до численних людських жертв і руйнувань. Проте нове дослідження свідчить, що катастрофа не була раптовою і несподіваною, як здавалося тоді. Фактично, вулкан роками “сигналізував” про свою нестабільність.

Вчені з Пенсильванського університету проаналізували історичні супутникові дані, які охоплюють більш ніж десятирічний період до виверження. Використовуючи передові методи дистанційного зондування, вони виявили, що схил вулкана повільно зсувався протягом багатьох років, а безпосередньо перед обваленням цей процес значно прискорився. Результати дослідження опубліковані в журналі Geophysical Research Letters.

Ключовим відкриттям стало виявлення тривалого сповзання вздовж розлому на флангу вулкана, яке періодично прискорювалося перед фінальним обваленням. Ця інформація могла б стати життєво важливим попередженням для місцевого населення, якби відповідні інструменти моніторингу були впроваджені своєчасно.

Простеження руху за допомогою космічних радарів

“Океанські вулкани, коли вони нестабільні, можуть катастрофічно обрушитися і викликати цунамі”, – пояснює Крістель Вотьє, доцент кафедри геонаук у Пенсильванському університеті та співавтор дослідження. За її словами, на жаль, у 2018 році не було відповідних наземних інструментів, щоб виявити прискорення деформації та передбачити неминучий колапс.

Для виявлення цих тонких змін дослідники використали технологію під назвою інтерферометричний радар із синтезованою апертурою (InSAR). Ця методика дистанційного зондування використовує радіолокаційні супутники для виявлення дуже незначних змін на поверхні Землі. InSAR дозволяє вимірювати переміщення ґрунту з точністю до кількох сантиметрів.

Команда проаналізувала дані супутників ALOS-1, COSMO-SkyMED і Sentinel-1 за понад десятирічний період. Янг Чеол Кім, докторант Пенсильванського університету і головний автор дослідження, зазначає: “Загалом, розлом відриву зазнав приблизно 15 метрів ковзання з 2006 по 2018 рік з періодами прискорення і уповільнення, а також помітного прискорення перед обвалом 2018 року”.

Обробка такого великого масиву даних була непростим завданням. Дослідникам знадобився доступ до потужного комп’ютерного кластера Roar Пенсильванського університету. Крістель Вотьє, який також є помічником директора і співробітником Інституту обчислювальної техніки та наук про дані (ICDS), підкреслює складність цієї роботи: “Інтеграція сотень радіолокаційних зображень вимагає великої обчислювальної потужності. Це великий обсяг зберігання і обробки даних”.

Механізм обвалення та можливості попередження

Зсув вулканічного схилу відбувається, коли під вулканом існує слабке місце або розлом. З часом, внаслідок безперервних вивержень, вулкан стає більшим і важчим. Коли вага перевищує критичне значення, розлом не витримує навантаження, що призводить до колапсу.

Цей процес зазвичай починається як “повільний зсув”, який може тривати роками або навіть десятиліттями. Проте, коли процес починає прискорюватися, це може сигналізувати про наближення катастрофічного обвалення. Вотьє зазначає: “Весь шматок вулкану, що обвалився, вже рухався – як повільний зсув. Тому дуже важливо мати можливість спостерігати за часовою еволюцією цієї деформації, тому що якщо є прискорення, то це може призвести до обвалу”.

На вулкані Анак Кракатау не було встановлено наземних приладів моніторингу, таких як GPS-станції. Це типова ситуація для багатьох активних вулканів, особливо розташованих у віддалених або небезпечних місцях. Розміщення та обслуговування наземного обладнання є дорогим, а для деяких вулканів, як Анак Кракатау, існують також проблеми з безпекою та отриманням дозволів.

Перспективи для глобального моніторингу вулканів

Метод, використаний дослідниками, відкриває перспективи для моніторингу активних океанічних вулканів у режимі, близькому до реального часу. Це особливо важливо для місць, де інші способи моніторингу недоступні через фінансові, логістичні чи безпекові обмеження.

“Якщо у вас є раптове прискорення ковзання, це може бути ознакою того, що відбувається обвал”, – говорить Вотьє. “Незалежно від того, чи це цей вулкан, чи інші вулкани, які можуть обрушитися по всьому світу, якщо у вас немає наземних даних в режимі реального часу, можливо, обробка даних InSAR в режимі близькому до реального часу допоможе дослідникам бути напоготові для виявлення будь-якого значного прискорення ковзання”.

Дані InSAR можуть доповнювати традиційні методи моніторингу, створюючи комплексну систему раннього попередження для потенційно небезпечних вулканів. Хоча реалізація такої системи вимагає значних технічних і обчислювальних ресурсів, вона може зберегти тисячі життів у майбутньому.

У дослідженні також брав участь Томас Р. Вальтер, професор Німецького дослідницького центру геонаук GFZ. Проєкт отримав підтримку від НАСА, Національного наукового фонду США та Федерального міністерства освіти і досліджень Німеччини.

Трагедія Анак Кракатау 2018 року демонструє важливість безперервного моніторингу активних вулканів та розробки нових методів прогнозування катастрофічних подій. Використання супутникових даних для відстеження поверхневих деформацій вулканів дає надію на створення ефективних систем раннього попередження, які можуть запобігти майбутнім трагедіям.