С момента гибели Помпей и Геркуланума извержения вулканов прочно закрепились в общественном сознании как символ одного из самых ужасающих природных катаклизмов: гнев Земли, пламя и пепел, и, прежде всего, видимость непредсказуемости происходящего. Подобная ситуация наблюдается и с землетрясениями. Несмотря на значительный прогресс человечества в области прогнозирования подобных явлений, процессы, протекающие в недрах нашей планеты, по-прежнему вызывают страх и восхищение. Перед учеными стоит задача понять механизмы, лежащие в основе вулканической деятельности, и научиться предсказывать извержения. О том, как ученые решают эти задачи, корреспондент «Научной России» узнал у директора Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН, члена-корреспондента РАН Алексея Юрьевича Озерова.
«На Камчатке насчитывается порядка 30 действующих вулканов — тех, которые в настоящее время извергаются, недавно прекратили активность или способны начать извержение в обозримом будущем. Общее число вулканов превышает триста, и они весьма разнообразны. Условно их можно классифицировать на группы: базальтовые, для которых свойственны излияния лавы, андезитовые, характеризующиеся мощными взрывами, и риолитовые, демонстрирующие наиболее интенсивные эксплозивные извержения. «Наша основная задача — выяснить принципы работы вулканов каждой из этих групп. Этим занимаются различные направления. Прежде всего, существует группа специалистов, изучающая историю вулканов: когда они извергались, какие горные породы и типы извержений были типичны за прошедшие тысячелетия. Далее следуют геологические исследования: ученые собирают образцы горных пород, чтобы проанализировать их развитие и историю извержений конкретного вулкана», — сообщил руководитель Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН А.Ю. Озеров.
На следующем этапе исследований вулканов в институте запланировано изучение текущего вулканизма, то есть процессов, происходящих в настоящий момент. Группы ученых отправляются к действующим вулканам, где регистрируют изменения: высоту выбросов, направление лавовых потоков и сейсмическую активность. Эта информация имеет значение не только для научных целей, но и для обеспечения безопасности, поскольку вулканы создают непосредственную опасность для населения, инфраструктуры и авиации. В частности, сотрудники института своевременно уведомляют авиационные службы, если пепловый шлейф затрагивает маршруты полетов, что может повлечь за собой изменение маршрутов или отмену рейсов. После изучения активной фазы начинается этап петрологии – анализа изверженного материала. Также применяются геофизические методы для изучения строения недр и определения структуры под вулканом. И затем наступает период экспериментальной вулканологии: ученые объединяют все полученные сведения – характеристики, глубинное строение, динамику – для создания интерактивной, динамической модели вулкана.
«В нашем распоряжении имеется уникальная лаборатория, предназначенная для моделирования процессов движения. Здесь создаются установки высотой до 19 метров – по своей сути, это модели вулканов, в которых циркулирует магма, представленная различными жидкостями. Мы способны воспроизводить различные режимы, изменять параметры и фиксировать происходящие процессы при помощи высокоскоростных камер и акустических датчиков. Например, если на Ключевской сопке отмечается интересная периодичность извержений, мы можем воссоздать это явление в лабораторных условиях, воспроизвести его в обратном порядке, изменить условия и определить его причины. Это позволяет повысить точность прогнозов. В настоящее время мы успешно справились с задачей моделирования базальтового вулканизма, переходим к более сложной модели андезитового, а в дальнейшем планируем изучать риолитовый. Таким образом, институт осуществляет полный спектр работ: от фундаментальных исследований и разработки моделей до обеспечения безопасности и информирования населения», – пояснил А.Ю. Озеров.
Работа с землетрясениями представляет собой более сложная задача, чем изучение извержений вулканов, поскольку ученые, по сути, могут наблюдать и анализировать лишь последствия этих природных явлений. Так, 30 июля 2025 года у берегов Камчатки зафиксировано мощнейшее за последние семь десятилетий землетрясение магнитудой 8,8 баллов. Оно вызвало цунами, затронувшее регион, Северные Курилы, а также территории США и Японии. Эпицентр землетрясения располагался в акватории Тихого океана на глубине 47 км. Именно подобные события служат наиболее важным источником информации для сейсмологов.
В результате работы, проведенной командой Института вулканологии и сейсмологии под руководством Татьяны Константиновны Пинегиной, удалось собрать множество данных о цунами, вызванных этим землетрясением. Наиболее полные данные были получены в результате аэрофотосъемки побережья после цунами с вертолета, с последующим применением 2-метровой арктической цифровой модели рельефа для определения высот. Инструментальные измерения цунами проводились на островах Парамушир, Шумшу, Атласова и Онекотан. Экспедиционные исследования последствий цунами также проводились на побережье Авачинской бухты вблизи Петропавловска-Камчатского. На основе данных аэрофотосъемки для многих прибрежных районов были нанесены непрерывные линии максимального затопления, и теперь по этим линиям можно получить дополнительные точки подъема и затопления.
«Землетрясения возникают на значительной глубине под поверхностью Земли или в океане. Мы изучаем их преимущественно по сейсмическим волнам, достигающим поверхности. Понимание процесса, который мы не можем наблюдать непосредственно, представляет собой сложную задачу. Работа строится на использовании комплексных методик. Мы фиксируем землетрясения, определяем их местоположение, обрабатываем полученные сигналы. Проводятся геологические и исторические исследования, в частности, изучаются отложения, образованные цунами, чтобы установить периодичность возникновения мощных землетрясений в прошлом – через каждые 500 или 1000 лет. Существует подход к долгосрочному прогнозированию, основанный на анализе сейсмических зон повышенной вероятности – участков, где длительное время отсутствовали сильные толчки и где они потенциально возможны. Для краткосрочных оценок применяются данные, полученные в результате скважинных измерений, например, осуществляется мониторинг состава газов», – рассказал корреспонденту «Научной России» А.Ю. Озеров.
Вулканически активные районы представляют интерес для биологов, поскольку в них обнаруживаются новые виды уникальных организмов. Из источника «Солнечный», находящегося в кальдере Узон на Камчатке, биологи МГУ выделили анаэробную термофильную бактерию Thermanaerothrix solaris. Термофильные бактерии и археи, предпочитающие высокие температуры, встречаются в горячих источниках, где температура может достигать точки кипения воды. Это обусловлено наличием у них термостабильных белков и других биополимеров. Благодаря своим уникальным свойствам, ферменты, продуцируемые термофильными микроорганизмами, находят широкое применение в биотехнологии, поэтому поиск новых видов термофильных микроорганизмов остается актуальным. Новый выделенный организм способен к росту в температурном диапазоне от 47 °С до 75 °С и обладает способностью разрушать различные биополимеры, включая целлюлозу, хитин, крахмал, ксилан и другие. Кроме того, бактерия эффективно разлагает растительную биомассу.
Изучение вулканической активности на Земле позволяет ученым глубже понять устройство других планет в космосе. Даже чтобы однажды возвести на Луне космическую базу, для проведения исследований ученым необходимы вулканы. Поскольку доступ к естественному лунному грунту ограничен, для экспериментов используются не только образцы реголита, но и вулканические породы Камчатки и Приморского края, схожие с ним по химическому и минеральному составу. Наука демонстрирует свою мощь, показывая взаимосвязь всех явлений.
Наконец, благодаря усилиям специалистов Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН разрабатываются новые подходы к краткосрочному прогнозированию сейсмической опасности. Анализируя зону Авачинского залива, ученые пришли к выводу, что в районе Петропавловска-Камчатского необходимо создание геофизической системы, способной обеспечивать среднесрочное и краткосрочное прогнозирование сильных камчатских землетрясений. Результаты их исследований показали, что создание эффективной системы возможно при использовании подхода, при котором главной целью является не точное краткосрочное прогнозирование сильных землетрясений, а качественная оценка текущей сейсмической опасности для указанного района.
Фото: Юрий Демянчук, Виктор Фролов, Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН, Ольга Мерзлякова, Научная Россия — Архив
Материал создан при содействии Российской академии наук