Зачем нужны вулканологические обсерватории и как они работают? Правда ли, что существуют не только горячие, но и ледяные вулканы? Связана ли вулканическая деятельность с образованием жизни? Можно ли «приручить» вулкан? Об этом ― наш разговор с членом-корреспондентом РАН Алексеем Леонидовичем Собисевичем, заместителем директора Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН.
― Алексей Леонидович, прекрасно помню, что не так давно нас всех пугали концом света от супервулкана Йеллоустоун. Конец света уже произошел, а мы не заметили, или он готовится?
― Судя по предсказаниям, этот «конец света» произошел даже на нашей памяти уже несколько раз. Комментировать, когда первый раз, интересно, второй раз уже становится обыденным, а десятый, двадцатый — просто смешно. Пожелаем же «предсказателям» дальнейших и столь же удачных предсказаний.
― То есть вы хотите сказать, что никакой опасности и не было?
― Не было. Это действительно очень большой вулкан, способный производить извержение с колоссальными объемами ― более 1 тыс. км3 ― и при этом питающийся практически бесконечным источником тепла от так называемой горячей точки. Суперизвержения этого вулкана в геологической истории Земли случались неоднократно и отмечены последовательностью соответствующих кальдер на территории Северной Америки.
― Но вы говорите, что такие извержения происходили и будут происходить. Что сегодня ученые могут сказать важного о жизни вулканов?
― Самое главное ― они продолжают работать. Это говорит о том, что наша планета жива, она все еще горяча внутри, недра находятся в разогретом состоянии. Соответственно, тот тепловой баланс, в котором эволюционировала наша углеродная жизнь, продолжает поддерживаться, и вулканы тому свидетели. Думаю, в ближайшие несколько десятков-сотен миллионов лет ничего на нашей планете глобально не изменится. Все так же будут происходить землетрясения, извержения вулканов, в том числе и суперизвержения. Как уж мы будем на этом фоне существовать, это совсем другой вопрос.
― Тем не менее для нас важный. Какие новые научные знания в последнее время удалось получить в этом отношении?
― Мы живем в эпоху так называемых больших данных ― огромных массивов цифровой информации. Если раньше мы привозили из экспедиции несколько десятков удачных сейсмограмм, то сейчас лишь небольшая цифровая модель рельефа района работ занимает объем почти под терабайт. И это касается не только цифровых моделей рельефа, но и сейсмологических данных. Сейсмометры дают нам более точные и качественные данные, возросли и чувствительность, и динамический диапазон измерений, практически реализованы системы дистанционного сбора данных с множества пространственно разнесенных точек. Естественно, мы получаем все возрастающие объемы данных.
И это мы еще не затронули спутниковые данные, предоставляющие достаточно широкий спектр новых знаний о вариациях различных геофизических полей. Все эти зачастую непрерывные потоки информации нужно научиться быстро и правильно обрабатывать. Это требует новых форматов, новых подходов к взаимодействию с большими данными, чтобы не допустить и больших ошибок.
― Сейчас вы успеваете обрабатывать эти данные?
― Стараемся. В этом деле помогают новые методы машинного обучения с зачатками искусственного интеллекта, специальные алгоритмы обработки, которые и проводят первичную обработку массивов данных для последующего анализа результатов с участием оператора. Таковы перспективы геофизики: в ближайшем будущем мы столкнемся с потоками информации высокой плотности и в реальном времени, что уже сегодня диктует необходимость их оперативной обработки машинным способом.
― Иначе говоря, геофизики в какой-то степени айтишники?
― Многие, кто работают сейчас в геофизике, знают языки программирования или же были вынуждены перейти к их изучению в ходе научной работы.
Одним из наиболее перспективных направлений развития современной вулканологии стало создание многодисциплинарных, комплексных геофизических обсерваторий. С момента основания в начале прошлого века и по сей день работает старейшая вулканологическая обсерватория на Гавайях. Наверное, это одна из наиболее технически оснащенных обсерваторий в мире. Там сейсмологические сети развернуты даже на дне океана, вокруг островов. Данные не только большие, но и открытые, мы их тоже использовали при апробации уже наших геофизических методов изучения глубинного строения Земли.
― Знаю, что существует интерактивная карта вулканов и каждый желающий может ее скачать и посмотреть, какие вулканы сейчас спокойны, а какие активны. Нет ли такой же карты вулканологических обсерваторий?
― Под эгидой Международной ассоциации вулканологии и химии земных недр ученые попробовали создать некую всемирную сеть вулканологических обсерваторий. Был создан интернет-сайт, где были разработаны условия участия в этом международном мероприятии. Однако проект до сих пор полностью не реализован. Есть определенный задел, база данных, куда можно по желанию предоставлять данные из своей вулканологической обсерватории. Пока таких энтузиастов набралось полтора-два десятка, в основном это обсерватории Африки и Южной Америки, по большей части в базе эпизодические записи.
― А почему не получилось?
― Во-первых, это программа волонтерская, держится на энтузиазме. Во-вторых, на мой взгляд, проект немного опередил время. Пока еще не выработан единый набор инструментов для контроля такого опасного геологического объекта, как активный вулкан. В каждом конкретном случае исследователи применяют различные аппаратурные комплексы, пока что об унификации говорить рано, но стремиться к этому надо.
В этом смысле показателен пример сети по магнитным обсерваториям «Интермагнет», которые сейчас представляют собой наиболее развитую международную структуру по обмену магнитными данными. Для включения в реестр поставщиков первичных данных нужно выполнить определенные требования по их качеству, что также связано и с едиными стандартами требований к измерительной аппаратуре.
Подобную практику желательно использовать и для вулканологических обсерваторий по всему миру.
― Знаю, что у вашего института есть замечательная геофизическая обсерватория «Борок» в одноименном поселке в Ярославской области. Но там нет вулканов, поэтому вулканологическими исследованиями они не занимаются. Есть ли в нашей стране такие обсерватории, которые изучают именно вулканы?
― Конечно. Камчатка и Курильские острова в нашей стране ― основной район проявления активного вулканизма. И, конечно же, вулканы Камчатки наблюдаются инструментально. На Ключевской группе вулканов и не только развернуты сети геофизических наблюдений. Постоянно работает Камчатская группа реагирования на вулканические извержения (http://www.kscnet.ru/ivs/kvert/), в том числе даются прогнозы по облакам пепла, на какой высоте и куда они распространяются. Соответственно, действующим вулканам присваиваются авиационные коды безопасности.
― И что мы там увидим?
― Текущее состояние вулканов Камчатки и прогноз их активности, если появились красные коды для авиации, таково, что можно ожидать задержки или даже отмены авиарейсов из-за вулканической деятельности. Да, такое бывает. Или же, наоборот, если собрались посмотреть на извержение, узнаете, какие вулканы собрались извергаться или уже работают.
― А я слышала, что есть такие маршруты, причем недешевые.
― Да, есть. Сегодня на все действующие вулканы организованы относительно безопасные маршруты движения, при желании сможете запечь картошку на лавовом потоке и ощутить неповторимый аромат смеси вулканических газов.
― Какие на сегодня существуют основные загадки для ученых, связанные с вулканами?
― Менее всего сегодня изучены вулканы на дне океана, там, скорее всего, еще есть вулканические структуры, о которых мы и не знаем. Несколько лет назад группа исследователей из Японии и США открыла в ходе морской экспедиции очень крупный вулканический массив в северной части Тихого океана. По предварительным оценкам, объем его магматического очага вполне сопоставим с Йеллоустоуном.
― А сам механизм вулканического извержения и причина того, что вулканы извергаются, до конца понятны?
― В общем и целом, да. Есть разные классификации вулканов по составу тех продуктов, которые они извергают. Если известен состав продуктов, то, как правило, понятен и стиль извержения данного вулкана, что от него можно ожидать. Остается единственный вопрос: когда? Именно это всех интересует.
Современная вулканологическая обсерватория, грамотно поставленная на активном вулкане, дает возможность, образно говоря, держать руку на его пульсе. Знать, в каком вулкан состоянии, что происходит в питающем его магматическом очаге, как и где идет движение расплава, насколько вулкан готов к взрыву или же к относительно спокойному извержению. Базовый набор, включающий сейсмометры, наклономеры, температурные и газовые анализаторы, позволяет нам «чувствовать» состояние объекта.
Тут уместна аналогия с таким понятием, как «”умный” дом», в котором датчики температуры, влажности, обогреватели и освещение управляются единой системой, информирующей владельца о погоде в доме и позволяющей отчасти ее контролировать.
― Но с «умным» домом можно регулировать эти данные. С вулканом-то вы не можете ничего отрегулировать.
― Не можем. Но идея та же: мы получаем много информации о том, что в нем происходит. Если на вулкане есть вулканологическая обсерватория ― это уже «”умный” вулкан», который мы практически чувствуем. Да, для этого нужны специфические органы чувств ― это наши геофизические приборы. Определенное окно возможностей сегодня открывают и столь популярные квадрокоптеры: если раньше нужно было буквально лезть в кратер для забора проб, то сейчас можно туда отправить беспилотный дрон. В сочетании с тепловизором таким образом можно искать на вулканической постройке трещины, из которых выделяется разогретый газ, поверхностные тепловые аномалии на труднодоступных участках, ведь многие вулканы ― довольно серьезные горы.
― А нужно ли нам пытаться научиться регулировать деятельность вулканов?
― Мы уже пытаемся это делать с помощью геотермальных электростанций: фактически отбираем тепло у магматических очагов. Геотермальная энергетика ― в числе тех самых зеленых возобновляемых источников.
― А если попытаться сделать так, чтобы извержение не состоялось или состоялось, но меньшей силы?
― Да, в теории возможно отобрать достаточно тепла у магматического очага, чем и воспрепятствовать извержению. Но вот как это реализовать в реалиях нашего технологического уклада, не вполне понятно.
― Нужно ли это в принципе? Ведь вулканы, насколько я понимаю, регулируют климат на планете.
― Крупные извержения вносят определенную краткосрочную корректировку в климатический процесс. Как правило, за такими событиями следует непродолжительное похолодание, и мы ничего с этим поделать не можем. Все-таки вулканизм для нас ― это непреодолимая сила, мы никак не управляем этим процессом и, полагаю, вряд ли будем управлять в ближайшем будущем. Однако мы вполне понимаем угрозы, возможные масштабы катастрофических последствий и выработали ряд адаптационных сценариев для минимизации последствий природной опасности вулканизма.
― Вы сказали, что вулканическая деятельность — признак того, что планета живая. Можно ли из этого заключить, что на всех планетах происходит какая-то вулканическая активность, или это свойство только некоторых из них?
― На многих известных нам небесных телах происходят либо происходили ранее вулканические процессы. На Марсе, например, вулканическая активность закончилась уже очень давно. Венера, напротив, ― планета активного, молодого вулканизма, периодически охватывающего большую часть ее поверхности. Вся поверхность перерабатывается, заливается новыми потоками лавы, после чего она опять на сотни миллионов лет успокаивается.
― Если еще добавить давление в 90 атмосфер и серные облака, становится ясно, что жителям Венеры очень тяжело. А что можно сказать о газовых гигантах? Что там с вулканической активностью?
― На спутниках Юпитера и ряде других спутниках планет-гигантов известна вулканическая активность. Поскольку Юпитер ― довольно массивное небесное тело, то ближайшие к нему спутники испытывают мощные приливные деформации, из-за чего их недра разогреваются и там периодически происходит извержение вулканов. Только вот основным извергаемым продуктом там выступает вода, это так называемый криовулканизм.
― А есть ли какая-то корреляция между возникновением жизни на нашей планете и вулканизмом?
― Думаю, да, хотя я в этой области не специалист и утверждать не буду. Вулканизм способствовал формированию атмосферы нашей планеты, да и большая часть ее твердой поверхности ― не что иное, как продукт вулканической деятельности прошлых геологических эпох.
― Какие у вас планы, какие новые исследования хотите провести?
― В 2007 г. мы начали строить геофизическую обсерваторию на Кавказе и продолжаем, несмотря на все трудности. В окрестностях вулкана Эльбруса, в Баксанском ущелье есть нейтринная обсерватория Института ядерных исследований РАН. Так получилось, что мы сначала там работали в экспедиции, а потом решили сотрудничать с коллегами-физиками. Нейтринная обсерватория стала тем местом, где мы смогли разместить наши приборы.
― Обычно обсерватория находится на возвышении, все представляют себе гору и купол. А тут, наоборот, углубление в горе...
― Да, это потрясающее место. В гранитном массиве горы Андырчи на отметке 1,8 тыс. м над уровнем моря в гору горизонтально забурены два тоннеля. Глубина проходки там чуть ли не 4,5 км. Два тоннеля идут параллельно — это штольни «Главная» и «Вспомогательная». Кроме тоннелей в гранитном массиве оборудованы рабочие помещения. Это все было сделано еще в советское время, а сейчас такое называют «мегасайенс». Весь комплекс подземных сооружений был создан для решения фундаментальных проблем физики элементарных частиц, изучения космических лучей. Для этого специально были построены уникальные установки, например германий-галлиевый нейтринный телескоп, где сосредоточена чуть ли не половина всего галлия, что добыт на планете Земля. Коллеги также показали нам в числе подземных лабораторий и неосвоенную на тот момент «камеру сейсмологов», что было довольно неожиданно.
― Вы решили эту несправедливость ликвидировать?
― Да, мы решили: будем осваивать! Не имея никаких грантов, исключительно на энтузиазме и базовом бюджетном финансировании мы развернули свои исследования в рамках договора о научном сотрудничестве с Институтом ядерных исследований РАН. Сегодня там полностью функционирует Северокавказская геофизическая обсерватория.
Она находится в 18 км от вершины вулкана Эльбрус и позволяет нам прекрасно слышать все, что происходит в его окрестностях. Обсерватория укомплектована сейсмостанциями, наклономерами, деформографами, температурными датчиками и, самое главное, устойчивой системой связи.
Уникальный объект всегда привлекает ученых. Коллеги из Института общей физики, побывав там, захотели участвовать и установили в помещении лидар. Работы идут полным ходом.
― Зачем там нужен лидар?
― Он определяет количество аэрозолей в воздухе, их концентрацию. А нужно это потому, что под действием солнечных и лунных приливов происходит постоянная деформация земной коры, этот эффект наблюдается и в глубине штольни. Но самым интересным оказалось то, что увидели мы его на высокоточных температурных датчиках, наглухо замурованных в стены глубоко под землей. Оказалось, что полностью изолированный от внешней среды термометр в своих вариациях очень четко отслеживает приливную волну. Амплитуда вариаций невелика ― лишь тысячные доли градуса.
― Как ему это удается? Ведь воздух туда не попадает?
― Действительно ― как? Значит, из массива горной породы выходит флюид, газовые либо парогазовые компоненты выделяются из камня под действием приливной деформации. Наблюдаемый эффект подтверждают и показания лидара, мы с увлечением продолжаем исследование данного явления.
― А как чувствует себя Эльбрус? Говорят, скоро он начнет извергаться.
― Ответственно заявляю: сейсмограммы ближайшей к Эльбрусу сейсмостанции свидетельствуют, что сейчас он совершенно спокоен. Однако вулкан и проявлял себя в недалеком прошлом, свидетельства былых извержений давно нанесены на карты. Более того ― современные методы математического моделирования позволяют оценить перспективы грядущих этапов вулканической деятельности и масштабы катастрофических последствий. Да, это фундаментальные исследования, модели учитывают не все. Если, скажем, через 300 лет Эльбрус будет извергаться, будут ли еще его покрывать к тому времени такие же ледники, как и сегодня? Достоверно мы этого пока не знаем.
― Какое все это может иметь практическое значение?
― Немалое, как оказалось. Недавно в наш институт пришел официальный запрос от строительной компании, которая собирается проводить работы на склонах Эльбруса, совершенствовать туристическую инфраструктуру. Суть запроса ― предоставить информацию о возможности ущерба возводимой инфраструктуре в случае вулканического извержения. И далее две страницы с координатами точек контура планируемой к освоению территории. Мы взяли нашу карту сценариев, сопоставили с этими точками и скоро отправим официальный ответ.
― Разрешили им строить?
― Нам главное показать все, что мы знаем о возможных масштабах вулканической опасности, зонах поражения в случае реализации тех или иных сценариев извержения, а решения пусть уж принимают сами. Так что за Эльбрус не беспокойтесь, совершенно спокойно можно кататься там на лыжах, это прекрасный туристический объект, рекреационный потенциал которого еще до конца не раскрыт. Всем рекомендую посетить Баксанское ущелье. А насчет пресловутого Йеллоустоуна ― не слушайте предсказателей, все это околонаучные спекуляции.
― А куда не надо ехать?
― В Африку ехать небезопасно.
― В Африке акулы, в Африке гориллы, в Африке большие злые крокодилы?
― И не только. Это один из магнитов для туристов-экстремалов, в том числе и для тех, кто хочет посмотреть на вулканы, коих там немало. Например, известный вулкан Эртале. Он знаменит тем, что у него открытый магматический канал. Это огромный колодец, глубиной, наверное, метров 30, а на дне кипит свежая лава. Зрелище впечатляющее, хотя приближение к действующему вулкану — это всегда риск.
