Байрак Г.
Методи геоморфологічних досліджень

Методи вивчення вулканічного рельєфу

Для дослідження вулканічного рельєфу застосовують велику кількість різноманітних методів, починаючи від камеральних, польових стаціонарних, і космічних. Головні такі.

  1. Картографічні методи
  2. Методи дистанційного зондування
  3. Методи сейсмічного моніторингу
  4. Наземні дослідження вулканів
  5. Геофізичні методи

Картографічні методи

Використовують на попередньому етапі досліджень для ознайомлення з районом розвитку вулканічних комплексів, а також на заключному камеральному етапі, коли проводять картографування результатів досліджень. Під час картографування зазначають різні генетичні типи вулканічних форм та їхні морфологічні різновиди. Виконують також картографування районів, на які вплинула вулканічна діяльність у минулому. Для цього збирають залишки пірокластичного матеріалу та вугілля, щоб з’ясувати типи та частоту вулканічних подій, складають карту поширення вулканічних викидів.

Методи дистанційного зондування

Аналіз космічних зображень. Вулкани добре розрізняються на космічних та аерофотознімках завдяки округлій формі основи конуса чи кратера. Свіжі викиди мають на зображеннях характерний чорний колір.

Екструзивні куполи розпізнають стереоскопічно за округлою формою, тінями та тим, що немає видимого центру виверження. В основі вулканічних конусів розташовані ділянки, зайняті застиглою лавою. Їхню поверхню розпізнають за неоднорідним фототоном унаслідок характерних для лавових покривів горбів стиснення, складок, хвиль, газових лійок. Лавова поверхня зображається на знімках у вигляді плями м’яких контурів, що оточує вулканічний конус. Ерозійні борозни на вулканічних конусах мають радіальний малюнок зображення, у вигляді темних штрихів на фоні світлого конуса [5].

Оперативний космічний моніторинг. За космознімками, які оновлюють кожні три-шість годин, можна бачити етапи вулканічних вивержень – початок активізації, коли з вулкана лише починає виходити пара, розвиток виверження та його затухання. Космознімки є тим фактичним джерелом інформації, яким послуговуються служби з надзвичайних ситуацій для оперативних втручань.

Радіолокаційна інтерферометрія (InSAR). За допомогою радіолокаційних приладів, зокрема на супутниках серії ALOS (Японія), виконують високоточні вимірювання змін поверхні вулканів. Метод супутникової радіолокаційної інтерферометрії використовує ефект інтерференції (накладання) електромагнітних хвиль і заснований на математичній обробці декількох взаємопов’язаних амплітудно-фазових вимірювань тієї самої ділянки земної поверхні зі зсувом в просторі прийомної антени. Це допомагає визначати найменші зміни земної поверхні. Перед виверженням, внаслідок підйомів магми до поверхні, вулканічні апарати дещо збільшуються. Це реєструють прилади на супутниках і передають дані в обчислювальні центри. За космічними спостереженнями активних вулканів Індонезії між 2006 і 2009 роками, дослідники виявили шість вулканів, які роздулися. У трьох з них згодом почалось виверження. Гора Сінабунг (Індонезія, о. Суматра) роздулася на 7,5 см у 2007 і 2008 перш, ніж у 2010 відбулося виверження. Евакуйовані 17 500 осіб.

Інфрачервоні космічні знімання. Мають велику інформативність, оскільки означають зростання температур у зонах дії вулканів. Результатом знімань є піксельні карти температури земної поверхні, які дають змогу виділити вогнища вулканізму. Інфрачервоні камери (тепловізори), які вимірюють температуру і візуалізують теплове поле, розташовують також на борту літака, який виконує обліт території в районі діючих вулканічних апаратів.

Методи сейсмічного моніторингу

Сейсмографи та сейсмометри реєструють дрібні поштовхи, які свідчать про рух магми у вулкані. Збільшення частоти поштовхів – найбільш надійний провісник вулканічних вивержень. Переміщення центра, з якого виходять поштовхи, їхня частота та інтенсивність дають змогу досить точно передбачити початок і місце виверження.

Перша вулканічна станція-лабораторія була створена 1847 р. на схилі г. Везувій вище м. Геркуланума, яка діє до сьогодні. У США відповідальність за надання надійних і своєчасних попереджень щодо вулканічних вивержень несе Геологічна служба (USGS), яка створила систему сейсмічних станцій на територіях прояву вулканізму. Наземні датчики вимірюють силу землетрусів, набухання вулкана та викиди вулканічних газів. Вони розташовані поблизу та далеко від первинного джерела вибухової діяльності (наприклад, у кратері, на краю кратера та на фланзі вулкана) (рис. 3.9.7). Їхнє завдання – своєчасне попередження територіальних громад у зонах вулканічної діяльності про наближення виверження [28, 29].

 “Сейсмічний павук” для реєстрації поштовхів під поверхнею вулкана
Рис. 3.9.7. “Сейсмічний павук” для реєстрації поштовхів під поверхнею вулкана [26]

Наземні дослідження вулканів

Польові візуальні та прості інструментальні дослідження. Безпосередньо під час польових досліджень збирають та аналізують зразки лави, пірокластичного матеріалу з наступним лабораторним опробовуванням. Виконують морфометричні вимірювання елементів рельєфу різного вулканічного генезису (див. описи вище).

Стаціонарні спостереження. На активних вулканах періодично виконують забір і геохімічний аналіз лав та газів. Забір газів з фумаролів виконують приладом COSPEC [27]. Зростання вмісту сірчистого, вуглекислого газів, сірководню, хлористого і фтористого водню, окису вуглецю свідчить про наближення вивержень. Також відбувається зміна кольору газів, які виходять з жерла. Змінюється інтенсивність дії газів, за якою судять про процеси, які відбуваються в магматичних осередках, – чи спокійний вулкан, чи йде підвищення тиску вулканічних газів, які, досягнувши певної межі, вибивають із закупореного каналу стару лавову пробку, розривають схил вулкана тріщиною, і починається виверження.

Для спостережень за виверженнями, які незабаром мають розпочатися або вже почалися, використовують веб-камери, інфрачервоні (рис. 3.9.8), відео та фотокамери.

Інфрачервоні знімки початку виливу лави Інфрачервоні знімки початку виливу лави
Рис. 3.9.8. Інфрачервоні знімки початку виливу лави

На схилах вулкана виконують детальні вимірювання деформацій ґрунту. Перед виверженням можуть з’являтися опуклості, оскільки магма накопичується ближче до поверхні. Використовують високоточні інструменти, які вимірюють деформацію земель (EDM, Leveling-вирівнювання, GPS). Застосовують також інструменти, які визначають кількість лави, що рухається під землею (VLF, EM-31) [26].

Магма, підіймаючись до поверхні, піднімає і купол вулкану. За швидкістю наростання змін можна вирахувати приблизний час виверження. Це можна виявити детальними вимірами перевищень і відстаней між точками на ділянці підняття, а також визначенням кутів нахилу місцевості. Використовують інструмент нахиломір (tilt) – заповнені рідиною трубки, які з’єднують два резервуара. Це високочутливі прилади, які дають змогу визначити зміну кутів нахилу з похибкою до однієї мільйонної частки градуса.

На стаціонарних майданчиках ведуть також наземне спостереження за зміною температури гірських порід і природних вод. Застосовують електронні реєстратори температур. Їх закладають у різних частинах вулкана на певній глибині, в кратерних озерах. Поступове постійне чи різке зростання температур надійно попереджує про наближення виверження.

Новими є методи спостереження за зміною параметрів вулканічної діяльності у реальному часі. У 2016 р. компанія General Electric і уряд Нікарагуа повідомили про намір підключити до Інтернету вулкан Масая, щоб моніторити його активність. Всередині вулкана планують встановити систему з 80 сенсорів, які відстежуватимуть температуру, вологість, рівень вуглекислого газу, атмосферний тиск та інші параметри.

Проект реалізується і допоможе всім зацікавленим спостерігати за зміною показників і першими повідомити про наближення виверження [27, 28].

Геофізичні методи

Георадарне знімання. Ґрунтується на тому, що магма як рідина не пропускає поперечні пружні хвилі й уповільнює швидкість проходження поздовжніх. Цим методом визначили обсяг вулканічних камер деяких вулканів. Камеру вулканічного вогнища утворює рідка магма, з якої живиться вулкан. У Ключевської Сопки на Камчатці вона дорівнювала 10-20 тис. км3, Везувію – 50 тис. км3. Крівля камери у Везувію визначена на глибині 5 км.

Магнітометричне знімання. Спостерігають за зміною магнітного поля, його напруг та орієнтації. Виконують заміри на поверхні та у глибинних шарах вулкана. Наприклад, на Камчатці в 1966 р. за 12 годин до виверження напруженість магнітного поля ослабла, а за кілька місяців до виверження змінилася його орієнтація.

Нагрівання призводить до розмагнічування порід, якщо температура магнітних мінералів перевищує точку Кюрі. Цей вплив контролюють проведенням наземного магнітного знімання. Значні втрати намагніченості гірських порід були зареєстровані перед виверженням вулкана Осима в Японії, магматичне вогнище якого розташувалося порівняно неглибоко. На гавайських вулканах, які “харчуються” магмою з глибших вогнищ, магнітних ефектів виявлено не було [17].

Попередження вивержень

Стаціонарні та космічні методи спостережень за вулканами мають головне завдання – вчасно попередити населення про загрозу виверження. Внутрішній прогноз зазвичай розпочинається за півроку. Він виявляє, що той чи інший вулкан готується до виверження. І не просто готується, а вже підходить до стадії, коли незабаром почнеться виверження. Населення сповіщають приблизно за два тижні. За два тижні вже можна приблизно зазначити день, коли буде чи не буде виверження. Далі місцеві служби вирішують, як проводити евакуацію, кого евакуювати найперше.

Для кожного району вулканічної діяльності складена карта вулканонебезпеки. На ній зазначено: куди треба відійти в разі виверження звичайного типу, щоб не постраждали люди; які об’єкти можуть бути зруйновані; якими шляхами може піти пірокластичний чи лавовий потік, які об’єкти опиняться під загрозою його знищення чи часткового руйнування. У разі безпосередньої загрози рішення про евакуацію приймають місцеві служби.

Запитання для самоперевірки знань

  1. Назвати види та фази вивержень.
  2. Які Ви знаєте класифікації вулканів?
  3. Перелічити види вулканічних порід.
  4. Які види інтрузій та інтрузивних форм рельєфу?
  5. Послідовність вивчення вулканічного рельєфу.
  6. Які наземні методи вивчення вулканів?
  7. Назвати дистанційні методи вивчення вулканічної діяльності.

Бібліографія

Основна

  1. Лазарєва І.І. Вулканологія: електронний навч. посібник / І.І. Лазарєва. – Київ, 2015. Електронний ресурс ННІ “Інститут геології”.
  2. Спиридонов А.И. Изучение вулканического рельефа / А.И. Спиридонов // Основы общей методики полевых геоморфологических исследований и геоморфологического картографирования. – Москва: Высш. школа, 1970. – С. 217-238.

Допоміжна

  1. Аллисон А. Магматизм и магматические породы / А. Аллисон // Геология наука о вечно меняющейся Земле. – Москва: Мир, 1984.
  2. Апродов В.А. Вулканы / В.А. Апродов. – Москва: Мысль,1982. – 367 с.
  3. Байрак Г. Географічна інтерпретація аерокосмічної інформації. Вулканічний рельєф / Г. Байрак, Б. Муха // Дистанційні дослідження Землі: навч. посібник. – Львів: ВЦ ЛНУ ім. І. Франка, 2010. – С. 500-503.
  4. Влодавец В.И. Вулканы Земли / В.И. Влодавец. – Москва: Наука, 1973. – 168 с.
  5. Влодавец В.И. Ключевская группа вулканов // Тр. Камч. вулканол. ст. – Вып. 1. – 1940. – 124 с.
  6. Вулкан
  7. Гущенко И.И. Извержения вулканов мира / И.И. Гущенко. – Москва: Наука, 1979. – 302 с.
  8. Ермаков В.А. Формационное расчленение четвертичных вулканических пород / В.А. Ермаков. – Москва: Недра, 1977. – 224 с.
  9. Заварицкая Е.П. Вулканы / Е.П. Заварицкая. – Москва: Государственное издательство технико-теоретичекой литературы, 1946. – 40 с.
  10. Заварицкий А.Н. Изучение вулканов Камчатки / А.Н. Заварицкий, Б.И. Пийп, Г.С. Горшков // Труды лаборатории вулканологии. Вып. 8. – Москва: Изд-во АН СССР, 1954. – С.18-57.
  11. Лапілі
  12. Лебединский В.И. Вулканы – грозное явление природы. – Киев: АН УССР, 1963. – 108 с.
  13. Магматизм і його вплив на процеси рельєфотворення
  14. Магматичні гірські породи
  15. Методи прогнозування вивержень вулканів
  16. Обручев С.В. Изучение вулканов и наблюдения над землетрясениями / С.В. Обручев // Справочник путешественника и краеведа. Т. 2. – Москва: Гос. изд-во географической лит-ры, 1950. – С. 238-250.
  17. Раст Х. Вулканы и вулканизм / Хорст Раст; пер. с нем. Е. Ф. Бурштейна. – Москва: Мир, 1984. – 344 с.
  18. Ритман А. Вулканы и их деятельность / А. Ритман. – Москва: Мир, 1964. – 437 с.
  19. Рычагов Г.И. Общая геоморфология: учебник. 3-е изд., перераб. и доп. / Г.И. Рычагов. – Москва: Изд-во Моск. ун-та: Наука, 2006.
  20. Святловский А.Е. Структурная вулканология: курс лекций / А.Е. Святловский. – Москва: Недра, 1971.
  21. Щукин И.С. Морфология вулканических областей / И.С. Щукин // Общая морфология суши. Т. 2. – Москва, 1938. – С. 123-221.
  22. Якушко О.Ф. Рельефообразующая роль вулканических процессов / О.Ф. Якушко // Основы геоморфологии. – Минск: БГУ, 1997. – С. 46-53.
  23. Якушова А.Ф. Магматизм / А.Ф. Якушова // Геология с основами геоморфологии. – Москва: Изд-во Моск. ун-та, 1983. – С. 236-266.
  24. Нow to study a volcano
  25. What tools do Volcanologists use to study volcanoes?
  26. Monitoring Cascade Volcanoes
Скачати повну версію книжки (з малюнками, картами, схемами і таблицями) одним файлом
При копіюванні інформації обов'язкові прямі посилання на сторінки сайту.
Всі книги та статті є власністю їхніх авторів та служать виключно для ознайомлення.