Что подразумевается под терминами «спящий» или «бодрствующий» вулкан? Какие сведения были получены в результате сильнейшего за последние 70 лет землетрясения на Камчатке? Каким образом прогнозируют извержения вулканов? Об этом корреспонденту «Научной России» рассказали профессора РАН, директора Минералогического музея им. А.Е. Ферсмана Павла Юрьевича Плечова и директора Камчатского филиала Федерального исследовательского центра «Единая геофизическая служба Российской академии наук» Данилы Викторовича Чеброва.
Какие геологические процессы разворачиваются в недрах Земли, и какие методы позволяют нам, ее обитателям, их исследовать? 30 июля 2025 года у берегов Камчатки зафиксировано мощнейшее за последние семь десятилетий землетрясение магнитудой 8,8. Оно вызвало цунами, затронувшее прибрежные районы Камчатки, Северные Курилы, а также территории США и Японии. Эпицентр землетрясения располагался в Тихом океане на глубине 47 км. Подобные события представляют собой важнейшие источники информации для сейсмологов.
«В настоящее время значительная часть сейсмологического сообщества, включая российское, сосредоточена на землетрясении и цунами, которые произошли летом 2025 года, поскольку это было событие исключительной величины. Наша сеть смогла достаточно качественно зафиксировать это явление, и теперь в мире существует всего три подобных набора данных. Безусловно, по качеству мы уступаем японским образцам, однако превосходим чилийские. Это позволит нам более детально изучить физические процессы, происходящие в очаге подобных масштабных землетрясений, где наблюдались весьма выраженные эффекты, — отметил Д.В. Чебров.
Основная задача при работе с этими данными заключается не только в улучшении точности прогнозов, но и в понимании физических основ происходящего. Прогнозирование – это комплексная задача, которую можно решить лишь при условии глубокого понимания самого процесса. Однако на данный момент ученым приходится анализировать землетрясения, опираясь на косвенные сведения, полученные по измерениям на поверхности. «Особенность наших данных заключается в том, что мы, по сути, зафиксировали землетрясение, получив акселерограмму в непосредственной близости от эпицентра. Само по себе это крайне редкое явление. И наша сеть успешно прошла это испытание – нам удалось получить эту информацию, что имеет большое значение. Это первичные данные о сильных колебаниях вблизи очага, фактически данные из самого очага. Кроме того, имеются результаты спутниковой геодезии — GPS-наблюдения. Использование системы высокоточного позиционирования даёт возможность проводить геодезические измерения с повышенной частотой. В частности, там были зафиксированы косейсмические смещения на 2 метра – это отражает перемещение Камчатки. Важно, что имеется длительная запись предшествующего события, и в настоящее время продолжается запись постсейсмического процесса, поскольку он ещё не завершился. По словам Д.В. Чеброва, эти данные представляют огромную ценность для мировой науки, поскольку подобные записи встречаются нечасто.
Наблюдения ученых, направленные на прогнозирование землетрясений, в итоге позволили зафиксировать стадии подготовки и восстановления после этого стихийного бедствия. По мнению Д.В. Чеброва, характерных предвестников события обнаружено не было. Несмотря на все приложенные усилия специалистов, предсказать его не получилось. Причины необычного поведения этого мощнейшего землетрясения предстоит установить. Землетрясения июля текущего года стали значимым событием и для вулканологии. Впервые в данном регионе эксперты наблюдали взаимосвязь между землетрясениями и сейсмической активностью вулканов. Началось извержение вулкана Ключевской – самого высокого и активного в Евразии.
«Кратер Ключевского и ранее был заполнен лавой, однако в последнее время этот процесс стал более интенсивным: лава перелилась через края, зафиксировано несколько незначительных выбросов. Лавовый поток движется по склону, и мы видим усиление сейсмических колебаний. Нельзя исключить связь между этим явлением и землетрясениями, зафиксированными в конце июля. Вероятно, именно эти сотрясения спровоцировали активизацию Ключевского, поскольку макросейсмический эффект был отмечен на всей Камчатке. Если говорить простым языком, это похоже на то, как если бы потрясли бутылку с газированной водой, а затем открыли», – тогда комментировал для «Научной России» Д.В. Чебров.
Принцип действия вулкана легко понять, если рассматривать его с точки зрения обычного человека. Под земной корой нашей планеты находится расплавленная порода. Иногда эта масса прорывается наружу, и эти места прорыва и являются вулканами. В результате вулканической деятельности часто образуются горы и холмы, а земля поднимается под воздействием давления горячих выбросов. Вулканы классифицируются как активные и неактивные, при этом даже активный вулкан может не извергаться в течение многих тысячелетий и при этом оставаться действующим в геологических масштабах времени.
«Таким образом, термин «просыпающийся вулкан» не вполне точен. Вулканическая активность характерна для зон вулканической опасности, где одни вулканы активизируются, а другие прекращают свою деятельность. Этот процесс носит более или менее непрерывный характер и не обусловлен «пробуждением» какого-либо конкретного вулкана. Я бы скорее говорил об активизации вулканических областей. Например, Аляска. Мы знаем о наличии там активных вулканов, таких как Катмай, Трайдент и другие. Однако мало кто осведомлен о том, что активизация этого региона произошла относительно недавно, всего несколько сотен лет назад, в то время как в течение предыдущих 100 миллионов лет эта территория была неактивна. Именно такие области представляют наибольший интерес и создают наибольшую опасность для населения, проживающего там, когда вулканизм начинается неожиданно, без каких-либо предвестников. В целом, если вы находитесь в вулканоопасной зоне, то не имеет значения, какой из расположенных поблизости вулканов начнет извержение и покроет ваш дом пеплом или лавой. На самом деле, таких активизирующихся областей немного, и они «пробуждаются» на протяжении сотен, а иногда и тысяч лет. При этом начинается активная тектоническая деятельность, подъемы земной поверхности, магма проникает к земной коре и скапливается под ней. Это может привести к извержениям. Как правило, первые извержения в таких областях отличаются значительной мощностью и катастрофическими последствиями, после чего наступает более стабильный, рутинный режим». — пояснил вулканолог Павел Юрьевич Плечов.
Катастрофическое извержение характеризуется от обычного по объему выброшенного материала и серьезности последствий для человеческой цивилизации. Так, недавнее извержение вулкана Эйяфьядлайекюдль в Исландии привело к приостановке авиасообщения над Западной Европой и некоторыми районами Северной Америки. В то же время, одно из крупнейших суперизвержений, произошедших около 250 миллионов лет назад, вероятно, представляло собой серию событий, и оно привело к гибели двух третей всего живого на Земле. Тем не менее, ученые-астрофизики полагают, что вулканическая активность могла сыграть роль в возникновении жизни, поскольку именно вулканы способствовали формированию земной атмосферы и гидросферы, высвобождая значительные объемы углекислого газа и водяного пара.
«Если рассматривать вулканы, расположенные в пределах активных зон, то существует множество случаев, когда вулкан начинает формироваться или вновь активизируется после длительного периода покоя. К примеру, в Исландии, на полуострове Рейкьянес, находится территория, которая была весьма активной около 6 тысяч лет назад и более. Эта область является частью Срединно-Атлантического хребта. Однако в течение последних 6 тысяч лет извержения там не наблюдались, они сместились к востоку, в другую вулканически активную зону. Среди специалистов существовала гипотеза о том, что данная вулканическая область прекращает свое существование, и новых извержений там ожидать не следует, и что активность сместится в другой регион Исландии. Тем не менее, в 2021 году был зафиксирован новый подъем магмы и активизация этой области. И с 2021 по 2025 год произошло восемь извержений, последнее из которых случилось 1 апреля 2025 года. Таким образом, зона оставалась бездействующей на протяжении 6 тысяч лет, после чего начались интенсивные извержения. Город Гриндавик частично разрушен, некоторые дома оказались затоплены лавой. Это можно считать зарождением новых вулканов, хотя они и носят старые названия. Вулкан Фаградальсфьядль, в пределах которого произошло извержение, – это отдельный вулкан. Он образовался в иных условиях, и, по сути, на его месте формируется новый вулкан. Подобные перемещения вулканов связаны с активной тектоникой, когда происходит значительное движение блоков континентальной или океанической коры. В результате старая область вулканизма постепенно прекращает свою деятельность, а в новом месте создаются условия для нового вулканизма. Тем не менее, говорить о том, что в целом число вулканических областей увеличилось или уменьшилось, не приходится, поскольку периодичность глобальной вулканической активности измеряется тысячами или миллионами лет, а не годами или десятилетиями, – подчеркнул П.Ю. Плечов.
Разработано множество способов прогнозирования землетрясений и мониторинга вулканической активности. Прогнозы можно классифицировать на три основные категории: долгосрочные, среднесрочные и краткосрочные. Наибольшие трудности возникают при составлении среднесрочных прогнозов, охватывающих период в несколько лет или первые десятилетия. В настоящее время не существует достоверных методов такого прогнозирования. Ученые могут определить, что извержение вулкана произойдет, но не способны точно указать, произойдет ли оно в течение ближайшего года, через десять, сто или тысячу лет.
«Согласно долгосрочным прогнозам, вулканическая область продолжает проявлять активность, что указывает на возможность будущих извержений. Интервалы между ними могут составлять от столетия до нескольких сотен лет. Однако это не является основанием для немедленной эвакуации. Для оценки активности применяются разнообразные методы, включающие спутниковую альтиметрию (которая позволяет выявлять колебания поверхности и перемещение блоков земной коры или мантии), мониторинг газов (демонстрирующий поток газов из глубин, что свидетельствует о наличии магматических систем) и анализ предыдущих извержений. Существует общее мнение: вулкан или вулканическая область признается активной, если период, прошедший с момента последнего извержения, не превышает интервалы между извержениями. В частности, Йеллоустонская кальдера классифицируется как активная, поскольку с момента последнего крупного извержения прошло около 640 тысяч лет, а до этого – 1,3 миллиона и 1,8 миллиона лет соответственно. Крупные извержения происходили примерно каждые 600 тысяч лет. С момента последнего события прошло именно столько, и ожидается следующее. Если оно не произойдет в обозримом будущем (еще около 600 тысяч лет), можно будет предположить, что активность снизилась. Приблизительно такие временные рамки. Если вулкан извергается с интервалом в 15 минут (как Стромболи), то перерыв в несколько дней не является признаком прекращения активности», — пояснил П.Ю. Плечов.
«Прогнозы на ближайшее будущее охватывают сроки в несколько недель. Современные возможности мониторинга позволяют утверждать о периоде приблизительно в три месяца (около 12 недель). Однако подготовительный этап может развиваться быстрее. Уже за несколько недель до извержения можно заметить признаки подготовки вулкана. Что это свидетельствует? С помощью геофизических методов регистрируется подъем магмы к поверхности. Этот процесс сопровождается рядом изменений: формированием каналов (если каналы ранее не были активны, возникают землетрясения магнитудой до 5); деформацией (область будущего извержения увеличивается в объеме за счет поступления магмы – это фиксируется посредством спутникового мониторинга); анализом состава газов (перед извержением меняются состав и температура газов, поступающих из глубин – ювенильных газов, что регистрируется датчиками, установленными в почве). Возможен и очень краткосрочный прогноз, требующий срочной эвакуации, когда извержение может начаться в любой момент. Иногда такие прогнозы оказываются верными, иногда – нет. Если вулкан долгое время не проявлял активности, его каналы могут быть заблокированы. Магма стремится к поверхности, но вулкан препятствует этому. Когда напряжение достигает предела, структура вулкана начинает вибрировать – это сейсмический тремор, который хорошо регистрируется приборами. Обычно это происходит за одни или несколько суток до извержения. В этом случае делается вывод о неизбежности извержения и необходимости срочной эвакуации населения. Примерно так», — пояснил П.Ю. Плечов.
Как уже было сказано, вулканы и их извержения не всегда оказывают негативное воздействие на человека. Кроме того, задачи ученых не сводятся лишь к созданию способов прогнозирования потенциальных бедствий. К примеру, районы с вулканической активностью представляют интерес для биологов, которые обнаруживают там новые виды уникальных организмов. Так, из источника «Солнечный», находящегося в кальдере Узон на Камчатке, биологи МГУ выделили анаэробную термофильную бактерию Thermanaerothrix solaris. Новый вид организмов развивается в температурном диапазоне от 47 °C до 75 °C, при этом он разрушает различные биополимеры, такие как целлюлоза, хитин, крахмал, ксилан и другие. Данная бактерия обладает способностью к деструкции растительной биомассы.
«Вопрос о пользе вулканов является сложным и многогранным. Помимо общеизвестных преимуществ, таких как плодородные почвы и наличие строительных материалов, существуют и менее очевидные факторы. Недавно была разработана совместная карта расположения вулканов и освещенности Земли, демонстрирующая корреляцию с плотностью населения и уровнем развития цивилизации. Замечено, что эти зоны тесно связаны: в районах с высокой вулканической активностью наблюдается и большая концентрация людей. Нельзя объяснять это исключительно плодородием почв, поскольку в современную эпоху значительная часть населения не занята в сельском хозяйстве. Вероятно, здесь имеют значение исторические причины: вулканические кратеры воспринимались как безопасные укрытия. В средневековой Италии на вулканических склонах, особенно на туфах, возводили замки, крепости и пещерные города, обеспечивающие защиту и возможность скрыться. В Италии и Африке вулканические породы благодаря своей пористости способствуют лучшему дренированию, что не только обеспечивает плодородию, но и создает источники воды. Вулканы часто являются возвышенностями, привлекающими внимание, и люди предпочитают жить в холмистой или горной местности, а не на равнинах. Вулканические районы богаты месторождениями полезных ископаемых, в частности, в древности серу добывали именно там. Древние вулканические зоны являются источником многих цветных металлов. Начало торговли, по всей видимости, было связано с изделиями из обсидиана – вулканической породы. Вулканические регионы представляют значительный интерес. Кроме того, существует необъяснимая закономерность: в гористой вулканической местности наблюдается более выраженное стремление к развитию, чем в более спокойных районах. Однако эта гипотеза нуждается в научном подтверждении», — отметил П.Ю. Плечов.
Изучение вулканов и землетрясений имеет не только практическую ценность, помогая находить полезные ресурсы и защищать дома от разрушений. Благодаря исследованию вулканической активности на нашей планете, ученые глубже понимают устройство других планет в космосе. Даже чтобы однажды возвести на Луне космическую базу, ученым необходимы вулканы. Поскольку доступ к естественному лунному грунту весьма ограничен, для проведения экспериментов они используют не только образцы реголита, но и вулканические породы Камчатки и Приморского края, схожие с ним по химическому и минеральному составу. Наука обладает огромной силой – в ней все взаимосвязано.
Фото на главной и на странице: Freepik