Хоћемо ли једног дана ерупције вулкана предвиђати као временску прогнозу

Лето 1991. године обележила је самодеструкција Пинатуба, вулкана на Филипинима. Ерупција је почела 12. јуна, а три дана касније кулминирала је у огромној експлозији. Док су се пирокластични токови – ужарене лавине истопљених стена и гаса – спуштали низ његове обронке, врх Пинатуба је нестао, а на његовом месту остао је понор широк два и по километра. Више од 800 људи је погинуло, углавном због урушавања кровова под теретом пепела натопљеног кишом.

Ипак, исход је могао бити далеко гори.

У сенци вулкана живело је око 250.000 људи, распоређених у више градова и великој бази америчког ваздухопловства. Када је Пинатубо у априлу те године почео да се тресе и испушта пару, научници из САД и са Филипина поставили су низ инструмената који су пратили унутрашње немире вулкана.

„Нисмо знали много о том вулкану, па је уследила брза геолошка процена. А процена је рекла: 'О, не, када ова ствар еруптира, еруптираће врло снажно'", каже Мајк Поланд, вулканолог задужен за Јелоустонску вулканску опсерваторију Америчког геолошког завода.

„То је постало основа за прогнозу." Почетком јуна, пепео и лава су почели да избијају, и наређена је евакуација, само неколико дана пре катаклизме.

Разлика између неба и земље

Научници су тада спасили небројене животе, али њихова прогноза је више личила на научну претпоставку него на прецизно предвиђање. Нису могли са сигурношћу да тврде да ће 12. јуна доћи до експлозивне ерупције, нити су могли да предвиде њен ток.

Са врло мало изузетака, ова непрецизност важи за све добро надгледане вулкане. Ипак, вулканологија је као наука значајно напредовала.

Данас знамо да ће олуја одређене јачине погодити одређени град за неколико дана. Хоће ли научници икада моћи да кажу да за недељу дана одређени вулкан има 80 одсто шансе да еруптира на специфичан начин?

„Одговор је једноставан. Иначе се не бих бавила овим. Моћи ће", уверена је Дајана Роман, вулканолог са института Карнеги Сајенс у Вашингтону.

Велика разлика између вулкана и метеоролошког предвиђања је у томе што је временске прилике могуће стално пратити, објашњава Џени Баркли, вулканолог са Универзитета у Бристолу.

Атмосфера је стално видљива и мерљива. С друге стране, магма се налази километрима испод Земљине коре, а већина активних вулкана еруптира једном у неколико деценија. Сваки вулкан је такође јединствен: архитектура подземних путева, хемија магме и стил ерупције разликују се од места до места.

„Геологија је хаотична", истиче Мариус Искен, геофизичар у Хелмхолц центру за геонауке ГФЗ у Потсдаму. Али у том хаосу постоји ред. Питање је можемо ли га пронаћи.

Симфонија унутар хаоса

Данашње праћење вулкана личи на слушање оркестра, а не знати како ће се симфонија даље развитјати. Сеизмометри осећају пуцање стена док се магма пење; сензори на тлу и сателити прате померање коре, указујући где магма тече; детектори гаса откривају када се магма приближи површини.

Изазов је знати како ће се све развити до врхунца, много пре него што почне. Често, системи за узбуњивање само обавештавају јавност да вулкан показује појачану активност. „Само 50 одсто вулканских немира који изгледају као да ће довести до ерупције заиста се заврше ерупцијом“, напомиње Џесика Џонсон, геофизичар са Универзитета Источне Англије.

Ипак, напредак је евидентан. На вулканима попут Стромболија и Етне у Италији, који редовно избацују лаву, научници могу поуздано да предвиде изливе неколико сати унапред. На Хавајима и Исланду, праћење кретања магме је толико прецизно да се зна где ће се лава појавити, са тачношћу од око сат времена.

Нове технологије додатно побољшавају ове могућности. На пример, метода названа "Jerk" користи један сеизмометар за детекцију суптилних покрета тла изазваних продором магме, и успешно је предвидела 92 одсто ерупција на једном вулкану између 2014. и 2023. године. Уз то, алати засновани на вештачкој интелигенцији сада анализирају огромне количине сеизмичких података и емисија гасова, уочавајући обрасце које људи не могу.

Потрага за јединственом физиком

Сви стручњаци се слажу да је за праву револуцију у прогнозирању потребно решити кључни део слагалице.

„Ми још увек не разумемо у потпуности основну физику", признаје Роман.

Шта узрокује да резервоар магме пређе из стабилног стања у катастрофални слом? Ако се открију основне једначине које управљају овим процесима, можда би се могле применити на све вулкане и дати вредности које са великом тачношћу говоре када следи следећа ерупција и каква ће бити.

Научници су већ идентификовали неке од ових једначина, али оне се углавном примењују тек након што ерупција почне. Физика вулканских опасности, попут токова лаве и пирокластичних токова, добро је позната. Једначине које описују кретање флуида, као што су Навије-Стоксове једначине, успешно се користе за предвиђање куда ће се ови токови кретати и колико брзо.

Међутим, то је као да кажемо: „Када киша почне да пада, можемо предвидети који сливови би могли да поплаве", објашњава Поланд. Знати када ће олуја почети захтева разумевање физике резервоара магме испод површине.

Геолошки „Пројекат Менхетн"

Да би се дошло до јединствене теорије вулканизма, биће потребан огроман, координисан напор, својеврсни геолошки „Пројекат Менхетн"

„Нема разлога да не мислимо да у неком тренутку у будућности можемо имати прогнозе за вулкане које су попут временских прогноза", оптимистичан је Поланд. То подразумева покривање великог броја различитих вулкана густом мрежом инструмената и њихово праћење током више циклуса ерупција, што значи деценијама.

Чак и неки од најопаснијих вулкана у САД, попут Маунт Сент Хеленса и Маунт Реинира, тренутно су само делимично покривени сензорима.

Пројекти попут SZ4D (Зоне субдукције у четири димензије) имају за циљ управо то: интензивно праћење зона где се тектонске плоче сударају како би се проучили окидачи за клизишта, земљотресе и ерупције.

Дословно револуционарни подухват је и Постројење за тестирање магме Крафла на Исланду, које ће постати прва светска опсерваторија која директно посматра магму бушењем до њених дубина.

Уз помоћ машинског учења за обраду огромне количине података, научници се надају да ће извести основне законе и изградити универзални модел вулкана. Тај модел би се могао прилагодити било ком вулкану на свету, уносећи његове специфичне податке како би се добила вероватноћа, стил и трајање будуће ерупције.

Сваког дана, вулканолози већ чине научна чуда како би заштитили милионе људи. Узбудљиво је замислити будућност у којој ће људи имати не сате, већ дане или чак недеље да се склоне на сигурно.