Півострів Рейкьянес на південно-західному краю Ісландії є одним із найбільш густонаселених регіонів країни, а також одним із найбільш вулканічно активних регіонів. У 2024 році технологія зондування, розроблена в Каліфорнійському технологічному інституті, була застосована в регіоні для вивчення руху підповерхневої магми та її виверження в лаву на поверхні.
Використовуючи дані технології, що називається розподіленим акустичним зондуванням (DAS), дослідники розробили метод попередження про виверження лави за 30 хвилин до виверження. Дослідження показує, що DAS може бути корисним інструментом як для вивчення вулканічної активності, так і для раннього попередження громадськості.
Дослідження проводилося в лабораторії Zhongwen Zhan (Ph.D. ’13), професора геофізики та керівника кафедри Кларенса Р. Аллена та директора сейсмологічної лабораторії Каліфорнійського технологічного інституту. Стаття з описом дослідження була опублікована в журналі Science 24 квітня.
З листопада 2023 року на півострові Рейк’янес відбулося вісім вивержень лави, деякі з яких були достатньо великими, щоб загрожувати містам. Хоча сама Ісландія є відносно вулканічно активною, дослідники припускають, що ця конкретна територія може вступити в багаторічний період підвищеної активності.
Щоб вивчити це, Жан і його команда співпрацювали з ісландськими вченими та телекомунікаційною компанією Ljósleidarinn, щоб розгорнути датчики DAS на півострові протягом року з метою кращої характеристики вулканічної активності та розробки системи раннього попередження про виверження.
«Розгортання було надзвичайно швидким», — каже Цзясюань Лі, перший автор дослідження та колишній докторант Каліфорнійського технологічного інституту, який зараз є доцентом Університету Х’юстона. «Ми змогли налаштувати нашу систему на 100-кілометровому оптоволоконному кабелі протягом 10 днів після значного вторгнення магми 10 листопада 2023 року. Приблизно через місяць ми зафіксували перше виверження за допомогою нашої системи. Це була велика міжнародна співпраця з реальним впливом».
DAS працює, спрямовуючи лазери на невикористані підземні волоконно-оптичні кабелі (наприклад, ті, що забезпечують доступ до Інтернету). Коли вібрація проходить через кабель, незалежно від того, спричинена вона землетрусом чи гуркотом транспорту, лазерне світло зазнає так званої зміни фази. Вимірювання зміни фази цього лазерного світла дає дослідникам інформацію про хвилі, що проходять, роблячи 100-кілометровий кабель еквівалентним лінії з тисяч звичайних сейсмічних датчиків.
Вулканічна діяльність також спричиняє підземні деформації: ґрунт розтягується та стискається, коли магма виштовхується з неглибоких підземних камер, де іноді створює достатній тиск, щоб вириватися на поверхню через тріщини, які називаються дамбами. DAS може точно вимірювати підземні рухи порядку міліметрів у режимі реального часу з набагато вищою роздільною здатністю, ніж GPS або супутникові зображення.
Протягом року дослідження DAS збирав дані про підземну вулканічну активність, відстежуючи, як Земля розтягується в режимі реального часу, коли магма рухається. На основі цих даних команда розробила попередню систему раннього попередження, яка сповіщала населення від 30 хвилин до кількох годин перед виверженням, залежно від характеру вторгнення магми.
Сейсмолог Вала Хьорлейфсдоттір з Університету Рейк’явіка, співавтор дослідження, працювала в Ісландії над розробкою методу раннього попередження про виверження. Зокрема, активне виверження біля міста Гріндавік створювало загрозу для кількох тисяч жителів міста. Коли команда Каліфорнійського технологічного інституту встановила датчики DAS, Хьорлейфсдоттір співпрацював з ними, щоб ідентифікувати в даних сигнали, які вказували на наближення виверження.
