Новые открытия в механике извержений лавовых фонтанов вулкана Килауэа на Гавайях

Image: Ars Technica · Source

Исследования Геологической службы США по недавним извержениям Килауэа дают ключи к предсказанию лавовых фонтанов и указывают на паровые процессы в основе силы фонтанов, а не на пену из углекислого газа.

Зрелищные лавовые фонтаны вулкана Килауэа на Гавайях давно привлекают вулканологов, однако силы, приводящие в движение эти струи расплавленной породы, достигающие сотен метров в высоту, остаются частично загадкой. Недавние извержения предоставили беспрецедентную возможность изучить и глубже понять эти драматические вулканические явления.

Килауэа, самый молодой и активный вулкан на Гавайях, обычно извергает медленно движущиеся лавовые потоки. Однако с 1823 года он пережил всего три эпизода лавовых фонтанов. После крупного извержения в 2018 году, которое частично опустошило подземный магматический резервуар, ученые Геологической службы США (USGS) интенсивно наблюдали за местом, используя сеть из 35 станций с сейсмическими, инфразвуковыми, геодезическими, газовыми датчиками, а также тепловыми и визуальными камерами.

С 2019 года магматический резервуар под Килауэа начал медленно наполняться, а затем ускорился к 2023 году, вызывая нарастание инфляции вершины сначала на 22 сантиметра в год, а затем на 57 сантиметров. В 2024 году последовала серия землетрясений, когда открылась трещина длиной 900 метров, выбрасывая лавовые фонтаны высотой до 160 метров в течение 13 часов. Вскоре после этого последовало второе извержение. К следующему месяцу USGS зафиксировал еще 52 фонтана, некоторые из которых выбрасывали лаву выше 400 метров.

Ключевые выводы этого периода включают возможность прогнозирования времени извержений по мониторингу наклона вершины Килауэа. Каждое извержение вызвало быстрое опадение вершины и за ним следовало постепенное пополнение магматического резервуара. Последовательные извержения происходили, когда значения наклона вершины достигали похожих порогов, что позволило улучшить прогнозы предупреждений, несмотря на отсутствие явных сейсмических признаков непосредственно перед активностью фонтанов.

По поводу механизмов, приводящих к этим лавовым фонтанам, существует две основные гипотезы. Одна связывает фонтаны с паром, образующимся, когда вода в магматическом резервуаре достигает более мелких глубин и молниеносно превращается в пар, фрагментируя магму и выталкивая её вверх. Альтернативная версия указывает на углекислый газ, образующий пену на поверхности магматической камеры, которая внезапно освобождает газ, приводя в движение фонтаны.

Данные последних извержений показывают низкие уровни углекислого газа в течение всего цикла извержений, что ослабляет поддержку теории пены. Уровень двуокиси серы повышался во время извержений, но в целом был высоким, указывая на непрерывный выход газов из магмы с усилением активности во время фонтанов. Эти данные склоняют к поддержке модели парового извержения, хотя остаётся неясным, почему постоянные процессы внезапно переходят в фонтан.

Химический анализ образцов магмы показал колебания содержания оксида магния, что отражает температурные изменения, согласующиеся с циклами истощения и пополнения магмы. Другие оксиды увеличивались с течением времени, что указывает на поступление новой магмы с отличной химией.

Несмотря на обширное использование инструментов, остаются трудности, особенно в газовом мониторинге, осложненном инфракрасными помехами во время лавовых фонтанов и рисками для безопасности из-за высоких струй лавы. Одна камера была утрачена при съемке крупным планом падающей расплавленной породы.

Килауэа остаётся мощной естественной лабораторией для изучения динамики вулканических извержений. Хотя последние исследования отмечают значительный прогресс в понимании и прогнозировании лавовых фонтанов, многое ещё предстоит узнать, чтобы полностью раскрыть тайны этих огненных зрелищ.

(Научная ссылка: исследование USGS, опубликованное в журнале Science, октябрь 2026, DOI: 10.1126/science.aef2931)