Hoćemo li jednog dana erupcije vulkana predviđati kao vremensku prognozu

Leto 1991. godine obeležila je samodestrukcija Pinatuba, vulkana na Filipinima. Erupcija je počela 12. juna, a tri dana kasnije kulminirala je u ogromnoj eksploziji. Dok su se piroklastični tokovi – užarene lavine istopljenih stena i gasa – spuštali niz njegove obronke, vrh Pinatuba je nestao, a na njegovom mestu ostao je ponor širok dva i po kilometra. Više od 800 ljudi je poginulo, uglavnom zbog urušavanja krovova pod teretom pepela natopljenog kišom.

Ipak, ishod je mogao biti daleko gori.

U senci vulkana živelo je oko 250.000 ljudi, raspoređenih u više gradova i velikoj bazi američkog vazduhoplovstva. Kada je Pinatubo u aprilu te godine počeo da se trese i ispušta paru, naučnici iz SAD i sa Filipina postavili su niz instrumenata koji su pratili unutrašnje nemire vulkana.

„Nismo znali mnogo o tom vulkanu, pa je usledila brza geološka procena. A procena je rekla: 'O, ne, kada ova stvar eruptira, eruptiraće vrlo snažno'", kaže Majk Poland, vulkanolog zadužen za Jeloustonsku vulkansku opservatoriju Američkog geološkog zavoda.

„To je postalo osnova za prognozu." Početkom juna, pepeo i lava su počeli da izbijaju, i naređena je evakuacija, samo nekoliko dana pre kataklizme.

Razlika između neba i zemlje

Naučnici su tada spasili nebrojene živote, ali njihova prognoza je više ličila na naučnu pretpostavku nego na precizno predviđanje. Nisu mogli sa sigurnošću da tvrde da će 12. juna doći do eksplozivne erupcije, niti su mogli da predvide njen tok.

Sa vrlo malo izuzetaka, ova nepreciznost važi za sve dobro nadgledane vulkane. Ipak, vulkanologija je kao nauka značajno napredovala.

Danas znamo da će oluja određene jačine pogoditi određeni grad za nekoliko dana. Hoće li naučnici ikada moći da kažu da za nedelju dana određeni vulkan ima 80 odsto šanse da eruptira na specifičan način?

„Odgovor je jednostavan. Inače se ne bih bavila ovim. Moći će", uverena je Dajana Roman, vulkanolog sa instituta Karnegi Sajens u Vašingtonu.

Velika razlika između vulkana i meteorološkog predviđanja je u tome što je vremenske prilike moguće stalno pratiti, objašnjava Dženi Barkli, vulkanolog sa Univerziteta u Bristolu.

Atmosfera je stalno vidljiva i merljiva. S druge strane, magma se nalazi kilometrima ispod Zemljine kore, a većina aktivnih vulkana eruptira jednom u nekoliko decenija. Svaki vulkan je takođe jedinstven: arhitektura podzemnih puteva, hemija magme i stil erupcije razlikuju se od mesta do mesta.

„Geologija je haotična", ističe Marius Isken, geofizičar u Helmholc centru za geonauke GFZ u Potsdamu. Ali u tom haosu postoji red. Pitanje je možemo li ga pronaći.

Simfonija unutar haosa

Današnje praćenje vulkana liči na slušanje orkestra, a ne znati kako će se simfonija dalje razvitjati. Seizmometri osećaju pucanje stena dok se magma penje; senzori na tlu i sateliti prate pomeranje kore, ukazujući gde magma teče; detektori gasa otkrivaju kada se magma približi površini.

Izazov je znati kako će se sve razviti do vrhunca, mnogo pre nego što počne. Često, sistemi za uzbunjivanje samo obaveštavaju javnost da vulkan pokazuje pojačanu aktivnost. „Samo 50 odsto vulkanskih nemira koji izgledaju kao da će dovesti do erupcije zaista se završe erupcijom“, napominje Džesika Džonson, geofizičar sa Univerziteta Istočne Anglije.

Ipak, napredak je evidentan. Na vulkanima poput Strombolija i Etne u Italiji, koji redovno izbacuju lavu, naučnici mogu pouzdano da predvide izlive nekoliko sati unapred. Na Havajima i Islandu, praćenje kretanja magme je toliko precizno da se zna gde će se lava pojaviti, sa tačnošću od oko sat vremena.

Nove tehnologije dodatno poboljšavaju ove mogućnosti. Na primer, metoda nazvana "Jerk" koristi jedan seizmometar za detekciju suptilnih pokreta tla izazvanih prodorom magme, i uspešno je predvidela 92 odsto erupcija na jednom vulkanu između 2014. i 2023. godine. Uz to, alati zasnovani na veštačkoj inteligenciji sada analiziraju ogromne količine seizmičkih podataka i emisija gasova, uočavajući obrasce koje ljudi ne mogu.

Potraga za jedinstvenom fizikom

Svi stručnjaci se slažu da je za pravu revoluciju u prognoziranju potrebno rešiti ključni deo slagalice.

„Mi još uvek ne razumemo u potpunosti osnovnu fiziku", priznaje Roman.

Šta uzrokuje da rezervoar magme pređe iz stabilnog stanja u katastrofalni slom? Ako se otkriju osnovne jednačine koje upravljaju ovim procesima, možda bi se mogle primeniti na sve vulkane i dati vrednosti koje sa velikom tačnošću govore kada sledi sledeća erupcija i kakva će biti.

Naučnici su već identifikovali neke od ovih jednačina, ali one se uglavnom primenjuju tek nakon što erupcija počne. Fizika vulkanskih opasnosti, poput tokova lave i piroklastičnih tokova, dobro je poznata. Jednačine koje opisuju kretanje fluida, kao što su Navije-Stoksove jednačine, uspešno se koriste za predviđanje kuda će se ovi tokovi kretati i koliko brzo.

Međutim, to je kao da kažemo: „Kada kiša počne da pada, možemo predvideti koji slivovi bi mogli da poplave", objašnjava Poland. Znati kada će oluja početi zahteva razumevanje fizike rezervoara magme ispod površine.

Geološki „Projekat Menhetn"

Da bi se došlo do jedinstvene teorije vulkanizma, biće potreban ogroman, koordinisan napor, svojevrsni geološki „Projekat Menhetn"

„Nema razloga da ne mislimo da u nekom trenutku u budućnosti možemo imati prognoze za vulkane koje su poput vremenskih prognoza", optimističan je Poland. To podrazumeva pokrivanje velikog broja različitih vulkana gustom mrežom instrumenata i njihovo praćenje tokom više ciklusa erupcija, što znači decenijama.

Čak i neki od najopasnijih vulkana u SAD, poput Maunt Sent Helensa i Maunt Reinira, trenutno su samo delimično pokriveni senzorima.

Projekti poput SZ4D (Zone subdukcije u četiri dimenzije) imaju za cilj upravo to: intenzivno praćenje zona gde se tektonske ploče sudaraju kako bi se proučili okidači za klizišta, zemljotrese i erupcije.

Doslovno revolucionarni poduhvat je i Postrojenje za testiranje magme Krafla na Islandu, koje će postati prva svetska opservatorija koja direktno posmatra magmu bušenjem do njenih dubina.

Uz pomoć mašinskog učenja za obradu ogromne količine podataka, naučnici se nadaju da će izvesti osnovne zakone i izgraditi univerzalni model vulkana. Taj model bi se mogao prilagoditi bilo kom vulkanu na svetu, unoseći njegove specifične podatke kako bi se dobila verovatnoća, stil i trajanje buduće erupcije.

Svakog dana, vulkanolozi već čine naučna čuda kako bi zaštitili milione ljudi. Uzbudljivo je zamisliti budućnost u kojoj će ljudi imati ne sate, već dane ili čak nedelje da se sklone na sigurno.