Цивилизация
Уникальное извержение на Камчатке помогло ученым лучше понять природу этих явлений. Об исследовании, результатом которого стала публикация в престижном журнале Nature Communications, рассказал кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН Александр Белоусов, который вместе со своей супругой Мариной является одним из авторов статей.
— В чем состоит главный вывод работы? В чем новизна этой работы? Что можно сказать о двух видах лавы?
— Работа выполнена на Камчатке на извержении вулкана Толбачик в 2012–2013 годах, где в течение девяти месяцев излилось 0,7 куб. км лавы. Это очень большой объем. За столетие во всем мире происходит всего несколько таких крупных извержений. Когда мы в конце 2012 года узнали, что на Камчатке началось мощное извержение Толбачика и что мощные лавовые потоки движутся по заснеженному склону вулкана, то поняли, что туда необходимо срочно организовать экспедицию.
Мы исследовали взаимодействие активных раскаленных лавовых потоков со снеговым покровом. Как ни странно, этот процесс очень слабо изучен.
Дело в том, что крупные лавовые потоки изучались в основном в странах с теплым климатом, например на Гавайях, где нет снега. Ну а там, где снег был, этому явлению просто не уделяли много внимания.
В вулканологии очень важно иметь хороший объект для изучения. В этом плане нам очень повезло: извержение было длительным. Мы успели собрать экспедицию, все организовать и приехать. Кроме того, по камчатским меркам вулкан Толбачик расположен в достаточно доступном месте. Обычно извержения здесь происходят на высоте более 3 тыс. м на крутых склонах, а у нас лагерь экспедиции было всего лишь на 1,5 тыс. м. Для этой конкретной работы было также важно, что более пяти месяцев извержения пришлось на время, когда имелся мощный снеговой покров.
— Зачем это нужно?
— Вулканологам необходимо уметь оценивать степень опасности разнообразных проявлений вулканизма. Одним из наиболее разрушительных природных явлений на вулканах являются лахары — грязевые потоки вулканического происхождения. Такие потоки тащат массу камней и грязи со скоростью десятки метров в секунду и проходят расстояния до 100 км. Поэтому очень важно уметь определять, как образуются лахары и какие для этого нужны условия.
Известно несколько причин образования лахаров, и одной из возможных причин считалось быстрое таяние снега при мощных излияниях лавы. Легко представить, что если мы имеем склон вулкана, покрытый толстым слоем снега, и по нему начинает двигаться лава с температурой 1000 °C, то этот снег быстро растает, и получится мощный грязевой поток.
А попав на извержение, мы с удивлением увидели, что лава взаимодействует со снегом совсем не так, как мы это себе представляли.
Дело в том, что теплопроводность лавы очень низкая. И как только лавовый поток касается снега, образуется корочка, которая практически не проводит тепло. Поэтому при контакте с лавой снег тает настолько медленно, что лахар не образуется.
Кроме того, выяснилось, что разные типы лавы по-разному движутся по снегу. Известно два основных типа лавы — аа и пахойхой (это терминология из языка гавайских аборигенов). Аa — мелкоглыбовая шлаковая лава — быстро движется по поверхности снега, перекатываясь, как гусеница трактора. Пахойхой — с гладкой блестящей поверхностью — движется радикально другим способом: лавовый поток раздувается изнутри небольшими подушками, сначала медленно-медленно растет одна подушка, затем она прорывается, из нее появляется другая и так далее. При этом поток пахойхой закапывается в снег и течет под снегом. Лава под снегом продолжает раздуваться, и над ней образуется снежный купол. В этом случае наблюдается интересный эффект. Дело в том, что, когда снег над лавой тает и талая вода просачивается вниз в толщу лавы, она особым образом растрескивается и образует специфические структуры. Это уже важно для фундаментальной науки.
Геологам необходимы методы, позволяющие восстанавливать климат, который был на Земле или на других планетах в прошлые геологические эпохи.
Если мы найдем эти специфические структуры в древних породах, то сможем определить, был ли в этом районе снег в момент излияния лавы, то есть сможем реконструировать палеоклимат.
— Какие методы при этом использовались? В чем состоит непосредственно ваш вклад?
— Основной метод был очень простой. Представляете, течет по склону лавовый поток. Мы перед ним копаем в снегу яму на всю толщину снежного покрова. А затем смотрим, что происходит на границе снега и лавы. У нас были две инфракрасные камеры, которые позволяли определять, как температура меняется при переходе от лавы к снегу. Для таких же, но более точных измерений использовались термопары. Кроме того, мы ставили камеру покадровой съемки, которая снимала с частотой 1 кадр в 10 секунд. А затем, как в мультфильме, просматривали в ускоренном режиме, как двигается лава по снегу.
— Где проводились изыскания? Помогали ли вам российские учреждения или работа шла только за рубежом?
— Полевые работы происходили исключительно на Камчатке. В тот момент я находился в переходном состоянии: возвращался в Институт вулканологии после двухлетнего контракта в Сингапуре. А когда началось извержение Толбачика, наш американский коллега сумел быстро найти деньги, и это было очень важно. В Национальном научном фонде США есть система, которая в случае какого-то уникального природного явления позволяет в любое время в течение одного месяца получить финансирование на проведение экспедиции. У нас в России такого не существует в принципе. Наш американский коллега два раза прилетал на Камчатку. Первый выезд на извержение был сделан за американские деньги, а второй профинансировал Институт вулканологии. По завершении полевой части работ, когда мы начали писать статью, общались уже по скайпу и по е-мейлу.
Надо отметить, что работа по изучению взаимодействия лавы со снегом является лишь небольшой частью комплексного исследования извержения вулкана Толбачик в 2012–2013 годах. Опубликованная в Nature Communications статья — лишь самый первый результат этих работ.
На Толбачике работала комплексная экспедиция Института вулканологии — всего около 20 ученых. В 2015 году в научном вулканологическом журнале Journal of Volcanology and Geothermal Research планируется выпустить сборник, посвященный этому извержению. Среди авторов — 80% российских ученых.
— А как вам реформа РАН по возвращении в Россию? На вас сказывается?
— Нас с супругой реформа затронула несильно, поскольку мы не являемся администраторами и у нас в течение последних двух лет нет грантов, полученных в России. А наши коллеги жалуются, что очень сильно возрос объем бюрократической деятельности из-за требований ФАНО.
Но есть очевидные проблемы. Из-за того что ФАНО ужесточило финансовый контроль над деятельностью институтов, закупки практически прекратились. Например, при нашем институте есть большой гараж, который обеспечивает работу отрядов в полевых условиях. Это машины типа ГАЗ-66 и «КамАЗ». Этой осенью наши служебные машины перестали ездить, так как у них износились все шины. А закупить их было нельзя из-за бюрократических барьеров, созданных ФАНО.
Новые реформы в науке пока не принесли каких-то особых плюсов.
За исключением общего бюджетного финансирования, мы практически не имеем денег на нашу работу со стороны РАН, а теперь ФАНО.
А вот недавний большой конкурс РНФ наши проекты не поддержал. Было очень смешно читать отзывы рецензентов. Двое из трех даже не поняли, о чем наш проект.
— Не мешает ли вашим исследованиям и сотрудничеству с иностранными коллегами напряженная политическая обстановка?
— В целом не мешает. Данное исследование было выполнено больше года назад, когда подобные политические вопросы еще не возникли. Кроме того, политическая обстановка не помешала бы и сейчас: наши исследования не связаны с военными разработками.