Вулканологи научились понимать тайные сигналы деревьев, предсказывающие извержения

Вычислить предстоящее извержение вулкана — великое дело, ведь от этого зависят жизни сотен, а то и тысяч людей. Традиционные методы, от сейсмометров до измерения деформаций почвы, требуют присутствия человека у подножия огнедышащей горы. А это, знаете ли, не всегда возможно, да и опасно, если честно.


Но что, если сама природа дает нам отличное решение этой серьезной проблемы? Ученые неожиданно обнаружили очень надежного помощника в прогнозировании извержений. Вы не поверите, но это… обычные деревья. Как оказалось, цвет их листьев, который фиксируют спутники из космоса, может быть четким сигналом, предупреждающим о надвигающейся катастрофе.

Природа подсказывает

Вулканы — это не просто гигантские горы, извергающие лаву. Это сложные геологические системы, где глубоко под землей бурлит магма. По мере того как вулкан активизируется и готовится к извержению, магма начинает свой подъем к поверхности. Этот процесс сопровождается выбросом огромного количества газов, главный из который — углекислый газ (CO₂).



И тут в игру вступает самый фундаментальный процесс жизни на Земле, то есть фотосинтез. Растения, включая деревья, поглощают CO₂ из атмосферы и, используя энергию солнечного света, превращают его в органические вещества и кислород. Чем больше доступного углекислого газа (при условии достатка света, воды и питательных веществ), тем активнее идет фотосинтез. А интенсивный фотосинтез ведет к увеличению содержания хлорофилла — зеленого пигмента в листьях. Результат? Листва становится заметно зеленее и пышнее.

Следует сказать, что исследователи уже давно научились измерять «зеленость» и общее состояние растительности на огромных дистанциях, используя возможности спутников. Для оценки степени зеленого есть даже специальный термин — нормализованный вегетационный индекс (NDVI).

Вычисляется он следующим образом. Проводится анализ света, отраженного от поверхности Земли в красном и ближнем инфракрасном диапазонах спектра. Здоровая, активно фотосинтезирующая растительность существенно поглощает красный свет и отражает инфракрасный. Чем выше значение NDVI, тем зеленее и здоровее растительный покров.

Дешево и сердито

Идея использовать деревья как биоиндикаторы вулканической активности рождалась трудно. Первые шаги в этом направлении были сделаны в 2019 году, когда вулканолог Роберт Боуг из университета Макгилла (Канада) и его коллеги изучали два действующих вулкана в Коста-Рике — Поас и Турриальбу. Исследователи обнаружили, чем сильнее вулканы выбрасывают углекислый газ, тем ярче становится листва на деревьях, окружающих огнедышащие горы.

Научная работа Боуга, в свою очередь, вдохновила Николь Гуинн, вулканолога из Хьюстонского университета. Вместе с помощниками она сосредоточила свое внимание на Этне (Сицилия, Италия), которая, как известно, является одним из самых активных вулканов. Исследование об этом было недавно опубликовано в авторитетном журнале Remote Sensing of Environment.



Команда провела прямое сравнение данных с наземных датчиков, измеряющих концентрацию CO₂ вокруг Этны, и спутниковых снимков, фиксирующих NDVI. Результат был поразительным: между всплесками вулканического углекислого газа и увеличением «зелености» растительности обнаружилась статистическая связь.

За два года наблюдений коллектив Гуинн зафиксировал 16 четких эпизодов, когда рост выбросов CO₂ сопровождался скачком NDVI.Причем эти изменения растительности наблюдались не только в непосредственной близости от активных трещин и фумарол, но и на значительном удалении от них. Это говорит о том, что вулканический газ распространяется на большие расстояния.


— Николь Гуинн.

И ключевой бонус данного метода. Такие спутники, как Landsat (США) или Sentinel (Европа), регулярно фотографируют практически всю поверхность планеты. При этом данные с орбитальных аппаратов находятся в общем доступе.

Это означает, что система раннего предупреждения, основанная на мониторинге NDVI, не требует установки дорогостоящих и уязвимых датчиков непосредственно на опасном вулкане. Она потенциально может работать в любой точке земного шара, даже в самых отдаленных и труднодоступных регионах, куда сложно или опасно доставлять оборудование и персонал: в густых джунглях, высоко в горах или на изолированных островах.

Большое будущее

Сейчас Николь Гуинн и Роберт Боуг, объединившись с другими ведущими специалистами, организовали проект под эгидой NASA и Смитсоновского института (США). Главная цель AVUELO (Airborne Validation Unified Experiment: Land to Ocean) — создать новые методы наблюдения за состоянием нашей планеты из космоса.



Современные спутники, такие как OCO-2 от NASA, не всегда замечают небольшие выбросы углекислого газа, которые предшествуют крупным извержениям. Поэтому ученые ищут альтернативные подходы. Один из способов — наблюдение за индексом NDVI, отражающим состояние растительности вокруг вулканов. Изменения в зелени могут подсказывать изменение уровня углекислого газа.

Интересно, что проект выходит далеко за рамки предсказания извержений. Ученые хотят понять, как растения реагируют на повышение уровня CO₂. Ведь Земля постепенно наполняется этим газом благодаря деятельности человека. Что произойдет, если концентрация СО₂ станет значительно выше? Насколько эффективно леса смогут поглощать избыток углекислого газа? Участники проекта уверены, что смогут получить ответы на все волнующие их вопросы.