Когда магма поднимается пузырями к поверхности Земли и встречается с грунтовыми водами, давление пара возрастает, иногда приводя к извержениям, которые выбрасывают потоки горячего пепла, потенциально сжигая и удушая людей и погребая близлежащие города. Возьмем, к примеру, аналогичные потоки пепла, образовавшиеся во время извержений Везувия, которые стали причиной многих смертельных случаев в городе Помпеи около 79 года н.э.

Эти так называемые фреатомагматические извержения происходят не только на крупных горных вулканах, таких как Везувий. Они также могут возникать в распределенных вулканических полях, где вулканическая активность распространяется на более широкую и непритязательную территорию, а извержения оставляют после себя кратеры, называемые маарами. Хотя за всю историю наблюдений произошло лишь несколько фреатомагматических извержений, образующих маар, геологи могут оценить опасные зоны вокруг будущих извержений, образующих маар, изучив, как далеко простираются вулканические отложения от кратеров маар.

Отложения, образованные потоками горячего пепла, называемые пирокластическими выбросами, простираются на 1-6 километров (от 0,6 до 3,7 миль) от большинства кратеров Маар, что позволяет предположить, что пирокластические выбросы распространяются только на такое расстояние от места извержения. Однако, согласно новому исследованию, опубликованному в Geophysical Research Letters, эта оценка расстояния, называемая расстоянием выброса всплеска, может быть заниженной.

Исследование, проведенное под руководством профессора Университета Буффало Грега Валентайна, увеличивает дальность выброса пирокластических волн до 10-15 километров (6-9 миль). Свидетельством увеличения биения является кратер Убехебе в Калифорнийской долине Смерти, который был вызван фреатомагматическим извержением около 2100 лет назад. Там исследователи обнаружили отложения пирокластических волн на расстоянии до 9 километров (5,6 миль) от кратера, которые, вероятно, когда-то простирались еще дальше, прежде чем их смыло ветром и дождем.

Выброс Убехебе может быть более характерным для фреатомагматических извержений, чем расстояния выброса от других изученных кратеров Маар. По словам Валентайна, в размерах Убехебе нет ничего выдающегося по сравнению с аналогичными кратерами, но чрезвычайно засушливая окружающая среда Долины Смерти с небольшим количеством растений и незначительной эрозией могла бы лучше сохранить отложения вулканического пепла вокруг Убехебе.

Другими словами, исследователи полагают, что эрозия является причиной более коротких наблюдаемых расстояний биения вокруг других вулканических кратеров.

"В предыдущих исследованиях расстояния до выброса использовались лучшие данные, которые были доступны, которые основаны на отложениях вулканов, где происходили подобные извержения", - сказал Валентайн. "Большинство из них использовало несколько километров, но здесь, мы думаем, только из-за хорошей сохранности в Долине Смерти, мы видим доказательства более широкой области воздействия".

"Когда вы пытаетесь выяснить степень воздействия вулканических извержений и смотрите на это через призму геологической летописи, вы обязаны тому, что сохранилось", - сказал Эрик Клеметти, вулканолог из Университета Денисона, не участвовавший в исследовании. "Ключевым моментом этого исследования является то, что необходимо провести большую детальную работу в местах, где вы не потеряете вулканические отложения, чтобы действительно получить лучшее представление о средних и максимальных расстояниях, на которые могут повлиять некоторые из этих опасностей".

Исследователи также использовали компьютерную модель, чтобы объяснить большее расстояние прохождения импульса. Хотя фреатомагматические всплески от извержений маара опасны для человека, они холоднее, чем большинство других вулканических всплесков, потому что тепло магмы теряется при испарении грунтовых вод. Согласно модели исследователя, эти более холодные и, следовательно, более плотные пирокластические волны не поднимаются и не смешиваются с вышележащим воздухом так сильно, как более горячие волны, что заставляет их распространяться дальше по земле.

Переоценка рисков вулканической опасности

Увеличенные расстояния распространения пирокластических всплесков могут иметь большие последствия для оценки вулканической опасности, особенно для городов, построенных на вулканических полях, где возможны будущие фреатомагматические извержения. По словам Валентайна, "Если вы находитесь в большом городе, наличие опасности, которая простирается на десять километров от кратера, сильно отличается от той, которая простирается всего на два километра от кратера. Вулкан может затронуть гораздо большую населенную территорию и гораздо больше инфраструктуры".

"Исследование, безусловно, имеет большое значение для таких мест, как Окленд, которые построены на вулканическом поле", - сказала Ян Линдсей, профессор Университета Окленда и соруководитель DEVORA, межведомственной программы совместных исследований, которая обеспечивает оценку вулканических опасностей и связанных с ними рисков примерно для 1,72 миллиона человек в Окленд, один из крупнейших городов Новой Зеландии.

"У нас также есть много воды, которая необходима для создания этих фреатомагматических извержений", - сказал Линдси. "Есть все основания ожидать, что у нас должно произойти такое извержение, если наше вулканическое поле снова начнет извергаться".

Джессика Болл, вулканолог из Калифорнийской обсерватории вулканов Геологической службы США, согласна с этим. "Исследование оказывает большое влияние на то, как мы рисуем опасные зоны для этого типа вулканов", - сказала она. Болл помогает проводить оценки вулканической опасности в калифорнийском Клир-Лейк и окрестностях, где на активном вулканическом поле проживают 17 910 человек. "Мы можем использовать наши знания о том, где происходили прошлые извержения, напряжении в земной коре, где находится подповерхностное тепло и как ведут себя извержения, например, расстояния до выброса, чтобы определить зоны, где могут возникнуть опасности", - сказала она.

По словам Болла и Линдси, точные расстояния до выхода необходимы для оценки того, следует ли эвакуировать столичные районы и куда именно при подготовке к неминуемому извержению вулкана. Текущие методы оценки опасности, возможно, нуждаются в обновлении расстояний до выброса пирокластических волн, чтобы предоставить более точные оценки директивным органам, но все еще необходима дополнительная работа, чтобы полностью понять, как предлагаемый более длительный выброс пирокластических волн повлияет на такие города, как Окленд.

"Для Окленда наш текущий план действий на случай извержения вулкана предусматривает зону эвакуации радиусом 5 километров (3 мили) вокруг любого нового жерла, чтобы учесть опасность пирокластических всплесков. В свете этого нового исследования нам нужно сначала тщательно рассмотреть, возможны ли потенциально большие расстояния выброса при будущем извержении в Окленде, и, если да, то каковы риски для жизни и безопасности за пределами 5 километров (3 мили)", - сказал Линдси.