Способ прогнозирования извержений вулканов

 

Сущность: осуществляют контроль по меньшей мере одного физического параметра, связанного с вулканической деятельностью, в окрестностях возможного извержения вулкана. Сравнивают текущее значение параметра с его критическим значением, после которого извержение вулкана наиболее вероятно. По величине отклонения текущего значения от критического судят о степени вероятности извержения вулкана. Контроль параметров осуществляют на протяжении промежутков времени, календарный срок и длительность которых определяют по астрономическим показателям, отражающим величину гравитационной составляющей вулканической деятельности. В частности, используют такие показатели, как геоцентрическая долгота Солнца и эклиптическая широта Луны. Технический результат: осуществление с достаточной точностью прогноза времени извержения без проведения непрерывного мониторинга. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области прогнозирования природных катаклизмов и более точно касается способа прогнозирования извержений вулканов.

Ежегодно на земном шаре происходит 20-30 вулканических извержений (в отдельные годы это количество увеличивается до 40-45).

Бедствия от деятельности вулканов связаны с потоками расплавленной лавы, температура которой достигает 1000-1100^oC, палящими тучами, пепловыми и грязевыми потоками, выбросами пирокластических материалов. Кроме того, с извержениями часто связаны землетрясения, оползни, цунами.

Поэтому проблема обеспечения своевременного и достоверного предсказания извержений вулканов весьма актуальна.

Современные способы прогнозирования извержений вулканов (геологические, геодезические, геофизические, геохимические и т. д.) ориентированы главным образом на определение конкретных признаков и предвестников извержений, характерных для отдельных действующих вулканов, типов и групп вулканов, и состоят в том, что осуществляют контроль по меньшей мере одного физического параметра, связанного с вулканической деятельностью, в окрестностях возможного извержения вулкана, сравнивают текущее значение параметра с его критическим значением, после которого извержение вулкана наиболее вероятно, и по величине отклонения текущего значения от критического судят о степени вероятности извержения вулкана (Раст Х. Вулканы и вулканизм. М.:Мир, 1982).

По существу все известные в настоящее время способы прогнозирования извержений построены на основе достаточно ограниченного регионального мониторинга, который проводится в активном режиме практически постоянно. Эти способы позволяют получить конкретный результат в отношении места извержения, однако, достаточной определенности относительно предсказания времени извержения известными способами получить, как правило, не удается. Кроме того, необходимость постоянного проведения мониторинга приводит к значительным материальным затратам.

В основу изобретения поставлена задача создать способ прогнозирования извержений вулканов, который позволял бы предсказывать заблаговременно и с достаточной точностью время извержения и при этом не требовал беспрерывно осуществлять мониторинг в течение всего периода наблюдения.

Поставленная задача решается тем, что в способе прогнозирования извержений вулканов, состоящем в том, что осуществляют контроль по меньшей мере одного физического параметра, связанного с вулканической деятельностью в окрестностях возможного извержения вулкана, сравнивают текущее значение параметра с его критическим значением, после которого извержение вулкана наиболее вероятно и по величине отклонения текущего значения от критического судят о степени вероятности извержения вулкана, согласно изобретению контроль параметров осуществляют на протяжении промежутков времени, календарный срок и длительность которых определяют по астрономическим показателям, отражающим величину гравитационной составляющей вулканической деятельности.

Целесообразно контроль параметров осуществлять в промежутки времени вблизи моментов прохождения Землей афелия и перигелия своей орбиты.

При этом желательно, чтобы длительность этих промежутков времени составляла две недели до и две недели после прохождения Землей афелия и перигелия.

Повышения точности прогноза можно достигнуть, если в указанные промежутки времени дополнительно осуществлять контроль широты Луны и в моменты максимальных значений широты прогнозировать максимальную вероятность извержения вулкана.

В этом случае возможно длительность промежутков времени наиболее активного контроля параметров сократить до трех дней до и трех дней после момента прохождения Луной точки максимального отклонения от плоскости Эклиптики.

Можно в качестве контролируемых параметров выбрать по меньшей мере один из группы, включающей угол наклона поверхности Земли, температуру грунта, температуру воды, состав магмы, колебания земной коры, показатель поля земного тяготения.

Способ, выполненный в соответствии с настоящим изобретением, позволяет составить прогноз возможных извержений вулканов на год и более вперед с высокой степенью достоверности, при этом проводить непрерывный активный мониторинг необходимо лишь по существу в течение двух месяцев в году - месяц вблизи времени прохождения Землей перигелия своей орбиты и месяц вблизи прохождения афелия.

Изобретение поясняется описанием конкретных вариантов его осуществления и чертежами, на которых: фиг. 1 изображает диаграмму распределения вулканических извержений в поле расстояний между Солнцем и Землей, где по оси ординат отложено количество извержений в отклонениях от среднего их числа (в %), а по оси абсцисс отложено расстояние от Земли до Солнца в астрономических единицах (а.е.) с шагом 0,001 а.е.; фиг. 2 - диаграмму распределения вулканических извержений в поле широт Луны, где по оси ординат отложено количество извержений в отклонениях от среднего их числа (в %), а по оси абсцисс отложено значение эклиптической широты Луны в градусах с шагом 0,5 град.; Способ прогнозирования, согласно изобретению, основан на четко выраженной периодичности характера распределения вулканических извержений в полях астрономических показателей, отражающих величину гравитационной составляющей вулканической деятельности. Под этими астрономическими показателями в контексте данной заявки имеются в виду - геоцентрическая долгота Солнца и эклиптическая широта Луны.

Литосфера Земли, в которой происходит развитие вулканических процессов, локализована в гравитационном поле Земли, тесно связанном с гравитационными полями Солнца и Луны. При этом гравитационное взаимодействие Земли с другими небесными телами проявляется в виде возмущающих и приливных сил, имеющих периодический характер, связанный с изменением расстояния от Солнца до Земли. Эти силы выполняют роль триггерных механизмов периодического действия. Вулканические процессы находятся в прямой зависимости от внутренней тектонической деятельности Земли, а также от внешнего гравитационного воздействия. Образование трещин в земной коре, приводящее к снижению нагрузки и началу процесса извержения, связано с периодическими деформациями земного эллипсоида, происходящими под действием приливных и/или возмущающих сил ближайших к Земле небесных тел, в первую очередь, Солнца и Луны.

Именно с действием приливных сил Луны и Солнца связаны упомянутые выше астрономические показатели: 1. АР-Земли - фактор, определяющий высокую вероятность извержений в то время, когда Земля находится вблизи афелия (A) или перигелия (P) своей орбиты. Это возможно связано с изменением склонения Солнца относительно плоскости земного экватора и изменением в соотношениях горизонтальной и вертикальной составляющих приливной силы (период АР-Земля фактора - 1/2 года или 182,7 суток - период тропического неравенства солнечного прилива или 1/2 периода параллактического неравенства).

2. - фактор определяет высокую вероятность извержений при положении Луны в области высоких эклиптических геоцентрических широт, т.е. при максимальном ее отклонении от плоскости эклиптики, что также может определяться изменением соотношений горизонтальной и вертикальной составляющих в приливной силе Луны (период фактора около 1/2 драконического месяца, точнее 13,6 суток - период тропического неравенства лунного прилива).

Для определения календарного срока и длительности периодов наибольшей вероятности извержения вулкана предварительно проводили хронологические исследования вулканических извержений за 80-летний период XX столетия. При этом календарная система отсчета была заменена на геоцентрическую эклиптическую систему. В этой системе определяли распределение отклонений фактического для выбранного интервала значения числа извержений от среднего их числа по формуле: где V_s - среднее значение числа извержений для интервала при выбранном масштабе; V_n - фактическое значение числа извержений для того же интервала.

Из анализа диаграммы, представленной на фиг. 1, следует, что наибольшая вероятность извержений (в два и более раз) имеет место в промежутки времени вблизи моментов прохождения Землей афелия и перигелия своей орбиты. Причем длительность этих промежутков времени для АР-Земли фактора ограничивается по существу неделей до и неделей после прохождения Землей афелия и перигелия, а с учетом обеспечения необходимой надежности прогноза - двумя неделями до и двумя неделями после прохождения Землей A и P.

Лунная орбита расположена в плоскости, которая наклонена к плоскости эклиптики на угол 5^o09'. Когда Луна пересекает эклиптику (т.е. находится в узлах своей орбиты), эклиптическая широта равна нулю. Один раз в драконический месяц Луна имеет максимальное положительное (+5^o09', северная широта) и максимальное отрицательное (-5^o09', южная широта) отклонение от плоскости эклиптики. Как следует из диаграммы, представленной на фиг. 2, максимальная положительная величина отклонения числа вулканических извержений от среднего их значения наблюдается в интервалы времени, в которые Луна максимально отклоняется к северу и югу от эклиптики. При широте от 4,9^o до 5,0^o число извержений практически вдвое, а при шаге в 0,1^o - более чем втрое превосходит среднее для интервала значение. Длительность этих интервалов времени составляет при достаточной степени надежности прогноза три дня до и три дня после момента прохождения Луной точки максимального отклонения от плоскости эклиптики.

В случае, когда действие - фактора приходится на промежуток времени прохождения Землей точек афелия и перигелия своей орбиты, вероятность извержения существенно повышается, поскольку на литосферу оказывают воздействие одновременно два фактора по существу в фазе.

В зависимости от локализации конкретного вулкана - северное или южное полушарие, регион (Япония, Индонезия и т.д.) - максимум отклонения числа извержений от среднего значения может быть смещен относительно точек афелия и перигелия орбиты Земли, однако, в любом случае этот максимум будет находиться в пределах обозначенных промежутков времени активного контроля. Для определения максимума отклонения для данного конкретного вулкана осуществляют коррекцию положения упомянутого максимума в поле астрономических показателей в зависимости от состава магмы этого вулкана, его термических, морфологических характеристик, глубины очага и т.п.

В указанные промежутки времени проводят контроль с использованием известных измерительных средств по меньшей мере одного физического параметра, связанного с вулканической деятельностью, выбранного из группы, включающей угол наклона поверхности Земли, температуру грунта, температуру воды, состав магмы, колебания земной коры, изменение показателя поля земного тяготения и т. п. Например, контролируют изменение наклона поверхности земной коры и изменение температурного режима грунтов и грунтовых вод. Измерения осуществляют в окрестностях возможного извержения вулкана, для которого критическое значение упомянутых контролируемых физических параметров является известной величиной, зафиксированной при предшествующих извержениях. Измеренное текущее значение контролируемого параметра сравнивают с его критическим значением и по величине отклонения судят о степени вероятности извержения вулкана.

Формула изобретения

1. Способ прогнозирования извержений вулканов, состоящий в том, что осуществляют контроль по меньшей мере одного физического параметра, связанного с вулканической деятельностью, в окрестностях возможного извержения вулкана, сравнивают текущее значение параметра с его критическим значением, после которого извержение вулкана наиболее вероятно и по величине отклонения текущего значения от критического судят о степени вероятности извержения вулкана, отличающийся тем, что контроль параметров осуществляют на протяжении промежутков времени, календарный срок и длительность которых определяют по экстремальным значениям геоцентрической долготы Солнца и эклиптической широты Луны, отражающим величину гравитационной составляющей вулканической деятельности.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что контроль параметров осуществляют в промежутки времени вблизи моментов прохождения Землей афелия и перигелия своей орбиты.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что длительность промежутков времени составляет две недели до и две недели после прохождения Землей афелия и перигелия.

4. Способ по п. 2 или 3, отличающийся тем, что в указанные промежутки времени дополнительно контролируют широту Луны и в моменты максимальных значений широты Луны прогнозируют максимальную вероятность извержения вулкана.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что длительность промежутков времени составляет три дня до и три дня после момента прохождения Луной точки максимального отклонения от плоскости эклиптики.

6. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что в качестве контролируемых параметров выбирают по меньшей мере один из группы, включающей угол наклона поверхности Земли, температуру грунта, температуру воды, состав магмы, колебаний земной коры, изменения показателя поля земного тяготения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2