Еще с тех времен, как погибли Помпеи и Геркуланум, извержение вулкана закреплено в массовом сознании людей как образ одного из страшнейших природных бедствий: гнев Земли, пламя и пепел и, самое главное, кажущаяся непредсказуемость катастрофы. То же самое касается и землетрясений. И, хотя человечество значительно продвинулось в вопросе прогнозирования таких бедствий, процессы в глубине нашей планеты продолжают пугать и завораживать людей. Задача ученых ― понять, как работают вулканы и научиться предсказывать их извержения. О том, как эти задачи решаются учеными, корреспондент «Научной России» узнал у директора Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН, члена-корреспондента РАН Алексея Юрьевича Озерова.
«На Камчатке около 30 действующих, то есть активных вулканов — тех, которые извергаются сейчас, недавно закончили или могут начать в ближайшее время. Всего же вулканов там более трехсот. Они очень разные. Условно их можно разделить на группы: базальтовые, для которых характерны излияния жидкой лавы, андезитовые, с мощными взрывами, и риолитовые, с особенно сильными эксплозивными извержениями. Наша ключевая задача — понять, как работают вулканы каждой из этих групп. Этим занимается несколько направлений. Во-первых, есть группа, изучающая историю вулканов: когда они извергались, какие породы и типы извержений были характерны за последние тысячи лет. Затем идут геологические исследования: ученые отбирают породы, чтобы понять их эволюцию и историю извержений конкретного вулкана», ― рассказал о работе Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН А.Ю. Озеров.
Алексей Юрьевич Озеров
Следующий этап в исследовании вулканов в институте — изучение активного вулканизма, то есть процессов, происходящих прямо сейчас. Отряды ученых выезжают на извергающиеся вулканы, фиксируют динамику: высоту выбросов, направление лавовых потоков, сейсмическую активность. Это важно не только для науки, но и для безопасности, потому что вулканы представляют прямую угрозу населению, инфраструктуре и авиации. Например, сотрудники института оперативно информируют авиационные службы, если пепловый шлейф пересекает трассы полетов, что может привести к изменению маршрутов или отмене рейсов. После изучения активной фазы начинается этап петрологии — анализа выброшенного вещества. Также используются геофизические методы для «просвечивания» недр и выяснения структуры под вулканом. А затем наступает время экспериментальной вулканологии: ученые объединяют все полученные данные — характеристики, глубинное строение, динамику — чтобы создать живую, динамическую модель вулкана.
«Для этого у нас есть уникальная лаборатория моделирования механизмов движения. В ней создаются установки высотой до 19 метров — по сути, модели вулканов, в которых циркулирует магма, представленная различными жидкостями. Мы можем воспроизводить разные режимы, менять параметры, фиксировать процессы высокоскоростными камерами и акустическими датчиками. Если, например, на Ключевской сопке наблюдается интересная периодичность извержений, мы можем смоделировать это явление в лаборатории, “проиграть” его назад, изменить условия и понять его причину. Это позволяет делать прогнозы точнее. Сейчас мы в целом решили задачу по моделированию базальтового вулканизма, переходим к более опасному андезитовому, а в будущем займемся и риолитовым. Таким образом, институт выполняет полный комплекс работ: от фундаментальных исследований и создания моделей до обеспечения безопасности и предупреждения населения», — объяснил А.Ю. Озеров.
Работать с землетрясениями еще сложнее, чем с извержениями вулканов, ведь ученые, фактически, могут взаимодействовать только с последствиями бедствия. Так, например, 30 июля 2025 г. у берегов Камчатки произошло сильнейшее за последние 70 лет землетрясение с магнитудой 8,8 баллов. Оно спровоцировало цунами в самом регионе, на Северных Курилах и даже в США и Японии. Эпицентром землетрясения была акватория Тихого океана на глубине 47 км. Именно такие события и становятся самыми ценными источниками знаний для сейсмологов.
Фото: Виктор Фролов / ИВиС ДВО РАН
Например, команде из Института вулканологии и сейсмологии во главе с Татьяной Константиновной Пинегиной удалось собрать множество данных о цунами, вызванных этим землетрясением. Наиболее полные данные были получены в результате аэрофотосъемки побережья после цунами с вертолета, с последующим применением 2-метровой арктической цифровой модели рельефа для определения высот. Инструментальные измерения цунами проводились на островах Парамушир, Шумшу, Атласова и Онекотан. Экспедиционные исследования последствий цунами также проводились на побережье Авачинской бухты вблизи Петропавловска-Камчатского. На основе данных аэрофотосъемки для многих прибрежных районов были нанесены непрерывные линии максимального затопления, и теперь по этим линиям можно получить дополнительные точки подъема и затопления.
«Землетрясения происходят глубоко под землей или в океане. Мы изучаем их в основном по сейсмическим волнам, которые доходят до поверхности. Это огромная задача — понять процесс, который мы не наблюдаем напрямую. Работа строится на комплексном подходе. Мы регистрируем землетрясения, выявляем их локации, обрабатываем сигналы. Проводим геологические и исторические исследования, например, изучаем отложения цунами, чтобы определить периодичность сильных землетрясений в прошлом — раз в 500 или 1000 лет. Существует метод долгосрочного прогноза, основанный на анализе сейсмических “брешей” — зон, где давно не было сильных толчков и где они потенциально возможны. Для краткосрочных оценок мы используем данные скважинных измерений, например, мониторинг газового состава», — объяснил корреспонденту «Научной России» А.Ю. Озеров.
Зоны с вулканической активностью привлекают внимание биологов, которые находят там новые виды уникальных организмов. Из источника Солнечный, расположенного в кальдере Узон на Камчатке, биологи МГУ выделили анаэробную термофильную бактерию Thermanaerothrix solaris. Термофильные, то есть любящие тепло, бактерии и археи обитают в горячих источниках при температурах, достигающих точки кипения воды, благодаря своим термостабильным белкам и другим биополимерам. Ферменты термофильных микроорганизмов находят широкое применение в различных областях биотехнологии, поэтому интерес к новым термофильным микроорганизмам остается стабильно высоким. Новый организм растет при температуре от 47 °С до 75 °С, разлагая разнообразные биополимеры: целлюлозу, хитин, крахмал, ксилан и др. Бактерия также способна разлагать растительную биомассу.
Благодаря изучению вулканической активности на Земле ученые лучше понимают то, как устроены иные планеты в космосе. Даже чтобы однажды возвести на Луне космическую базу, ученым нужны вулканы. Доступ к натуральному лунному грунту ограничен, и для экспериментов ученые используют не только образцы реголита, но и близкие к нему по химическому и минеральному составу вулканические породы Камчатки и Приморского края. Такова сила науки — в ней все взаимосвязано.
Наконец, благодаря работе сотрудников Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН разрабатываются новые подходы к краткосрочному прогнозированию сейсмической опасности. Анализируя зону Авачинского залива, ученые пришли к выводу, что в районе Петропавловска-Камчатского необходимо создание геофизической системы, способной обеспечивать среднесрочное и краткосрочное прогнозирование сильных камчатских землетрясений. Результаты их исследований показали, что создание эффективной системы возможно при использовании подхода, при котором главной целью является не точное краткосрочное прогнозирование сильных землетрясений, а качественная оценка текущей сейсмической опасности для указанного района.
Фото: Юрий Демянчук / Виктор Фролов / ИВиС ДВО РАН / Ольга Мерзлякова / Научная Россия - Архив
Статья подготовлена при поддержке Российской академии наук
