Nie potrafimy zapobiec erupcji wulkanu. Możemy jednak coraz wcześniej rozpoznawać sygnały ostrzegawcze, przewidywać najbardziej prawdopodobne scenariusze, określać strefy zagrożenia i przygotowywać ludzi do działania. W praktyce właśnie połączenie nauki, monitoringu, planowania przestrzennego, sprawnego systemu ostrzegania i edukacji jest najskuteczniejszym sposobem ograniczania skutków erupcji.
Współczesna wulkanologia koncentruje się więc nie tyle na „przewidywaniu erupcji” w potocznym znaczeniu, ile na prognozowaniu prawdopodobieństwa jej wystąpienia, możliwego przebiegu i związanych z nią zagrożeń.
Podstawą tych działań jest ciągły monitoring aktywnych i potencjalnie aktywnych systemów wulkanicznych. Prowadzą go obserwatoria wulkanologiczne, służby geologiczne, instytuty badawcze i uniwersytety. Międzynarodową współpracę obserwatoriów wspiera World Organization of Volcano Observatories (WOVO), działająca w ramach International Association of Volcanology and Chemistry of the Earth’s Interior (IAVCEI). WOVO ułatwia wymianę informacji, doświadczeń, metod monitoringu i wsparcia pomiędzy obserwatoriami na świecie.
Źródło: http://www.buffalo.edu
Wulkan rzadko budzi się bez żadnych oznak
Magma przemieszczająca się w skorupie ziemskiej oddziałuje na otaczające skały. Może powodować ich pękanie, deformować powierzchnię terenu, zmieniać przepływ gazów oraz wpływać na systemy hydrotermalne. Dlatego przed wieloma erupcjami obserwuje się charakterystyczne symptomy niepokoju wulkanicznego. Nie ma jednak jednego uniwersalnego sygnału zapowiadającego erupcję – naukowcy analizują jednocześnie wiele różnych parametrów.
Jednym z najważniejszych jest aktywność sejsmiczna. Przemieszczająca się magma zwiększa naprężenia w skałach i może powodować niewielkie trzęsienia ziemi. Rejestruje się także drżenie wulkaniczne, czyli volcanic tremor – długotrwałe drgania mogące być związane z ruchem magmy i gazów. Zmiany aktywności sejsmicznej należą do najczęściej obserwowanych oznak niepokoju wulkanicznego.
Wulkan może „puchnąć”
Kolejnym ważnym sygnałem jest deformacja powierzchni. Napływ magmy do płytkiego zbiornika lub jej przemieszczanie się w szczelinach może powodować podnoszenie, rozszerzanie albo przemieszczanie się fragmentów budowli wulkanicznej. Po odpływie magmy może następować jej obniżanie.
Zmiany bywają bardzo niewielkie – czasami liczone w milimetrach lub centymetrach – ale współczesne instrumenty potrafią je wykryć. Wykorzystuje się do tego m.in. GNSS, czyli satelitarne systemy pozycjonowania, precyzyjne inklinometry mierzące zmiany nachylenia podłoża oraz satelitarną interferometrię radarową InSAR. Porównanie obrazów radarowych wykonanych w różnym czasie pozwala tworzyć mapy deformacji obejmujące rozległe obszary.
Co mówią gazy?
Bardzo dużo informacji dostarczają również gazy wulkaniczne. Magma zawiera rozpuszczone substancje lotne. Gdy przemieszcza się ku powierzchni i spada ciśnienie, gazy zaczynają się z niej wydzielać. Naukowcy monitorują więc zarówno ilość emitowanych gazów, jak i zmiany ich składu.
Szczególną uwagę zwraca się m.in. na dwutlenek siarki (SO₂), dwutlenek węgla (CO₂), parę wodną oraz niektóre inne składniki. Zmiana stosunków stężeń poszczególnych gazów może dostarczyć informacji o procesach zachodzących w systemie magmowym.
Pomiary wykonuje się bezpośrednio przy wulkanach, za pomocą urządzeń naziemnych, z samolotów i dronów, a także z orbity.
Wulkany obserwowane z kosmosu
Satelity stały się jednym z najważniejszych narzędzi współczesnej wulkanologii, zwłaszcza w przypadku wulkanów położonych w trudno dostępnych częściach świata. Teledetekcja satelitarna umożliwia przede wszystkim wykrywanie deformacji powierzchni, anomalii termicznych, emisji niektórych gazów oraz chmur popiołu wulkanicznego. Podczas trwającej erupcji pozwala również śledzić rozprzestrzenianie się produktów erupcji i zmiany jej przebiegu.
Szczególnie ważne są obserwacje w podczerwieni, umożliwiające wykrywanie podwyższonej temperatury powierzchni, oraz obserwacje w ultrafiolecie pozwalające monitorować m.in. SO₂. Radar satelitarny może natomiast obserwować powierzchnię również przez chmury i w nocy.
Nie oznacza to jednak, że satelity zastąpiły naziemne obserwatoria. Najlepsze rezultaty daje łączenie obserwacji z kosmosu z ciągłymi pomiarami naziemnymi. Co więcej, wiele aktywnych wulkanów świata nadal nie posiada wystarczająco rozbudowanych naziemnych systemów monitoringu, dlatego rozwijane są koncepcje globalnego monitorowania wulkanów z wykorzystaniem danych satelitarnych.
Czujniki na zboczach wulkanu
W terenie rozmieszcza się całe sieci instrumentów. Oprócz sejsmometrów, odbiorników GNSS i inklinometrów stosowane są m.in. czujniki infradźwięków, urządzenia do pomiaru gazów, kamery termiczne i optyczne oraz aparatura monitorująca źródła, rzeki i jeziora wulkaniczne. Pobiera się również próbki gazów, wód i skał do badań laboratoryjnych.
Coraz większe znaczenie mają drony, które mogą wykonywać pomiary w miejscach zbyt niebezpiecznych dla człowieka. Mogą fotografować kratery, wykonywać pomiary termiczne, pobierać próbki gazów czy tworzyć dokładne modele powierzchni.
Dzięki telemetrii wiele urządzeń przesyła dane do obserwatoriów w czasie rzeczywistym. Wulkanolodzy mogą więc śledzić zmiany zachodzące na wulkanie bez konieczności ciągłego przebywania w strefie zagrożenia.
Czy można przewidzieć dokładny moment erupcji?
W wielu przypadkach można stwierdzić, że prawdopodobieństwo erupcji wzrasta. Znacznie trudniej określić dokładnie, kiedy do niej dojdzie, jak długo potrwa i jak będzie przebiegać.
Wzrost aktywności sejsmicznej, deformacja powierzchni i zmiany emisji gazów mogą oznaczać przemieszczanie się magmy, ale nie każda intruzja kończy się erupcją. Magma może zatrzymać się pod powierzchnią. Naukowcy określają więc prawdopodobieństwo różnych scenariuszy w określonym czasie.
Ogromne znaczenie ma poznanie historii geologicznej wulkanu. Badanie dawnych potoków lawowych, osadów piroklastycznych, laharów i innych produktów pozwala ustalić, jak wulkan zachowywał się w przeszłości i dokąd docierały jego produkty.
Na podstawie historii erupcji, topografii oraz modeli numerycznych tworzy się mapy zagrożeń wulkanicznych. Pokazują one obszary, które mogą zostać dotknięte poszczególnymi zjawiskami: prądami gęstościowymi piroklastycznymi, laharami, opadem tefry, potokami lawy, lawinami gruzowymi czy innymi procesami.
Nie wszystkie zagrożenia rozchodzą się bowiem w ten sam sposób. Lahar będzie przede wszystkim podążał dolinami rzecznymi, opad popiołu zależy w dużym stopniu od kierunku i prędkości wiatru, a zasięg potoku lawy kontrolują m.in. topografia, tempo wypływu i właściwości lawy. Symulacje komputerowe pozwalają sprawdzać różne scenariusze erupcji i oceniać, które miejscowości, drogi, lotniska czy inne elementy infrastruktury mogą znaleźć się w strefie zagrożenia.
Najskuteczniejszą ochroną bywa odpowiednie planowanie
Jedną z najważniejszych metod ograniczania strat jest planowanie przestrzenne. Jeżeli wiadomo, że określona dolina była wielokrotnie trasą laharów, budowa w niej gęsto zaludnionych osiedli znacząco zwiększa ryzyko katastrofy. Podobnie ważne jest odpowiednie lokalizowanie infrastruktury krytycznej – szpitali, szkół, elektrowni, dróg czy centrów zarządzania kryzysowego.
Czy można zatrzymać lawę?
W szczególnych warunkach próbuje się również ingerować w przebieg niektórych procesów wulkanicznych. Budowane są wały, zapory i kanały mające ograniczać lub zmieniać kierunek przepływu lawy albo laharów. W przypadku laharów konstrukcje inżynierskie mogą zatrzymywać część materiału lub kierować przepływ z dala od zabudowy. Takie rozwiązania są jednak kosztowne, mają ograniczoną skuteczność i muszą być projektowane dla konkretnego zagrożenia.
Znane są również próby zmiany kierunku potoków lawy. Nie jest to jednak uniwersalna metoda ochrony przed erupcją – przy dużych przepływach możliwości człowieka są niewielkie.
Nie istnieje natomiast technologia pozwalająca zatrzymać potężny prąd piroklastyczny czy wielką erupcję eksplozywną za pomocą zapory lub schronu. W przypadku wielu zagrożeń najskuteczniejszym sposobem ratowania życia pozostaje odpowiednio wczesna ewakuacja.
Dlatego wokół niebezpiecznych wulkanów przygotowuje się plany ewakuacyjne, wyznacza drogi i strefy bezpieczeństwa oraz rozwija systemy ostrzegania. Mieszkańcy powinni wiedzieć, jakie sygnały oznaczają konieczność ewakuacji i dokąd mają się udać.
