Στην Ισλανδία οι επιστήμονες «ξεκλειδώνουν» τα μυστικά των σούπερ ηφαιστείων -Ένα άκρως φιλόδοξο πρότζεκτ

Ένα τολμηρό επιστημονικό έργο στην Ισλανδία μπορεί να αλλάξει τον τρόπο με τον οποίο προβλέπουμε τις ηφαιστειακές εκρήξεις και την ηφαιστειακή δραστηριότητα.

Όταν φαντάζεστε ένα ηφαίστειο, τι βλέπετε; Στην κορυφή του βουνού οι περισσότεροι βλέπουν έναν κρατήρα με μια καυτή λίμνη που βράζει και ανακατεύεται, ή λάβα που ρέει από μια πλαγιά ή τεράστια σύννεφα γκρίζας τέφρας που εκρήγνυνται στον αέρα. Όλες αυτές όντως είναι απίστευτες, δυνατές εικόνες, αλλά στην πραγματικότητα είναι μόνον η κορυφή του ηφαιστειακού παγόβουνου.

Αν ωστόσο κάποιος κατέβαινε μέσα στο ηφαίστειο, περνώντας από διαδοχικά στρώματα, θα έβρισκε κάτι ακόμα πιο απίστευτο: την παλλόμενη καρδιά του ηφαιστείου, γνωστή και ως «μαγματοθάλαμος». Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η καυτή τέφρα εκτοξεύεται από την επιφάνεια. Είναι η αρχική πηγή της λάβας του κρατήρα. Είναι το σημείο όπου εκτυλίσσεται το μεγαλύτερο μέρος της δράσης ενός ηφαιστείου, και μπορεί να κρύβει μυστικά που θα μας βοηθήσουν να προβλέψουμε καλύτερα πότε θα συμβεί μια καταστροφική ηφαιστειακή έκρηξη.

Το πρόβλημα είναι ότι γνωρίζουμε πολύ λιγότερα για τους μαγματικούς θαλάμους από ό,τι θα θέλαμε. Δεν είμαστε καν καλοί στο να τους απεικονίζουμε. «Τα σχεδιάζουμε ως... κόκκινα μπαλόνια» λέει ο Mike Poland, γεωφυσικός και υπεύθυνος επιστήμονας στο Yellowstone Volcano Observatory. «Δεν είναι έτσι. Αλλά είναι πολύ δύσκολο να τα απεικονίσουμε».

Οι μαγματικοί θάλαμοι είναι τόσο δύσκολο να απεικονιστούν επειδή είναι πολύ περίπλοκοι. Μπορούν να φτάνουν σε θερμοκρασίες χιλιάδων βαθμών Κελσίου και να περιέχουν μείγματα στερεών υλικών και καυτής πέτρας. Αυτοί οι θάλαμοι έχουν διαφορετικές θερμοκρασίες σε διαφορετικά σημεία, και διαφορετικά ορυκτά που λιώνουν σε διαφορετικές θερμοκρασίες ή κινούνται με διαφορετικούς τρόπους. Και, για να γίνουν τα πράγματα ακόμα πιο περίπλοκα, υπάρχει μια πληθώρα διαφορετικών αερίων που μπορεί να προκαλέσουν αύξηση της πίεσης πριν από μια ηφαιστειακή έκρηξη.

Αλλά αν, όντως, μπορούσαμε να αναπαραστήσουμε καλύτερα τους μαγματικούς θαλάμους -και γενικά να κατανοήσουμε καλύτερα πώς λειτουργούν-, ο Πόλαντ λέει ότι θα μπορούσαμε να βελτιώσουμε δραματικά την κατανόησή μας για το πώς λειτουργούν τα ηφαίστεια και, ως εκ τούτου, να είμαστε σε καλύτερη θέση να προβλέψουμε τι να περιμένουμε από μια επικείμενη έκρηξη. Αλλά αυτή τη στιγμή, επειδή αυτοί οι θάλαμοι είναι τόσο καυτοί και τόσο βαθιά κάτω από το έδαφος, είναι δύσκολο να ανακαλύψουμε τα μυστικά τους.

«Δεν έχουμε, για παράδειγμα, ένα ηφαίστειο με... γυάλινο πάτο, όπου μπορείς απλά να κοιτάξεις μέσα και να πεις: «Α, αυτό συμβαίνει» αστειεύεται ο Πόλαντ, μιλώντας στον ιστότοπο Vox.

Αλλά τι θα γινόταν αν μπορούσαμε να έχουμε ένα ηφαίστειο με γυάλινο πάτο, ώστε να μπορούμε να κοιτάξουμε μέσα και να πούμε «Α, αυτό συμβαίνει;». Τι θα γινόταν αν μπορούσαμε να χτίσουμε, ας πούμε, ένα μικρό παρατηρητήριο βαθιά κάτω από το έδαφος, ακριβώς στην καυτή καρδιά ενός ηφαιστείου; Ακούγεται παράλογο, και όμως...

Krafla Magma Testbed [KMT]

«Υπάρχει ένα φιλόδοξο πρόγραμμα στην Ισλανδία», λέει ο Πόλαντ. «Θέλουν να χτίσουν ένα παρατηρητήριο μάγματος. Θέλουν να τρυπήσουν μια μαγματική κοιλότητα και να τοποθετήσουν εξοπλισμό παρακολούθησης στην τρύπα. Αυτό θα μας έδινε μια ιδέα για το τι συμβαίνει εκεί μέσα».

Το έργο ονομάζεται Krafla Magma Testbed [KMT] και οι ερευνητές που εργάζονται σε αυτό πιστεύουν ότι θα μπορούσε να φέρει επανάσταση στην ηφαιστειολογία και στον τρόπο με τον οποίο προβλέπουμε τις ηφαιστειακές εκρήξεις.

Ο Matt Haney, ο υπεύθυνος επιστήμονας του παρατηρητηρίου, λέει ότι, ενώ μπορεί να είναι σίγουρος ότι ένα ηφαίστειο παρουσιάζει αρκετά σημαντικά προειδοποιητικά σημάδια, δεν μπορεί να είναι σίγουρος για το πώς ακριβώς θα είναι η επερχόμενη ηφαιστειακή δραστηριότητα, αν θα υπάρξει μία ή πολλές εκρήξεις, πόσο έντονες θα είναι ή πότε θα συμβούν.

Η ηφαιστειολογία έχει προχωρήσει πολύ από τη δεκαετία του 1970, ή ακόμα και από τη δεκαετία του 1990. Οι επιστήμονες διαθέτουν πολύ περισσότερο εξοπλισμό παρακολούθησης εγκατεστημένο σε ηφαίστεια και έχουν κατασκευάσει καλύτερο εξοπλισμό με την πάροδο του χρόνου. Ως αποτέλεσμα, η ικανότητά τους να κάνουν προβλέψεις για τα ηφαίστεια έχει βελτιωθεί δραματικά.

Όμως, ακόμη και σήμερα, το 2025, ο τομέας εξακολουθεί να αντιμετωπίζει το ίδιο θεμελιώδες πρόβλημα: της ακρίβειας των προβλέψεων.

Πώς μπορούν λοιπόν να βελτιωθούν αυτές οι προβλέψεις; Πώς θα μπορούσαν οι ηφαιστειολόγοι να βελτιώσουν περαιτέρω τις προβλέψεις τους, ώστε να βοηθήσουν τους ανθρώπους να λάβουν αποφάσεις σχετικά με τον τρόπο προετοιμασίας για τις εκρήξεις;

Ο Πόλαντ έχει αφιερώσει αρκετό χρόνο στο να σκεφτεί τις απαντήσεις σε αυτό το ερώτημα. Μάλιστα, έγραψε μια ολόκληρη εργασία για το θέμα. Πιστεύει ότι η βελτίωση της πρόβλεψης των ηφαιστειακών εκρήξεων δεν αφορά μόνο τη συνεχή βελτίωση του εξοπλισμού παρακολούθησης. Αντίθετα, λέει, αυτό που πραγματικά χρειαζόμαστε είναι καλύτερες πληροφορίες για τα ίδια τα ηφαίστεια και τα καυτά πετρώματα που τα τροφοδοτούν.

Τι μπορούν να μας διδάξουν τα λιωμένα πετρώματα;

Πώς προβλέπουμε τις ηφαιστειακές εκρήξεις σήμερα; Η πρόβλεψη περιλαμβάνει σε μεγάλο βαθμό την εκτίμηση, με βάση πληροφορίες, του τι μπορεί να κάνει ένα ηφαίστειο στο μέλλον, με βάση το τι έχει κάνει στο παρελθόν.

«Δεν βασίζεται απαραίτητα σε κάποια ειδική κατανόηση της φυσικής της ηφαιστειακής δραστηριότητας ή του συγκεκριμένου ηφαιστείου», λέει ο Πόλαντ. «Βασίζεται περισσότερο στη λογική του "έχουμε δει αυτή την ταινία στο παρελθόν και ξέρουμε πώς είναι πιθανό να εξελιχθεί με την πάροδο του χρόνου"».

Αυτή η προσέγγιση έχει αποδειχθεί εξαιρετικά χρήσιμη. Έχει σώσει πολλές ζωές και έχει βοηθήσει τους επιστήμονες να κάνουν πολύ καλές προβλέψεις για το πώς μπορεί να συμπεριφερθεί ένα ηφαίστειο.

Ο Πόλαντ κάνει μια σύγκριση μεταξύ αυτής της προσέγγισης και του τρόπου με τον οποίο προβλέπουμε τον καιρό. Διότι στο παρελθόν οι μετεωρολόγοι βασίζονταν επίσης σε μεγάλο βαθμό στην αντιστοίχιση προτύπων. Αν η πίεση έπεφτε και έκανε κρύο, για παράδειγμα, μπορούσαν να αναμένουν την έλευση μιας καταιγίδας.

Στη συνέχεια, όμως, η πρόγνωση του καιρού γνώρισε μια επανάσταση. Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν δορυφόρους και άλλα όργανα για να συλλέξουν πληροφορίες σχετικά με τα σύννεφα, τους ανέμους και τη βροχή. Συγκέντρωσαν τεράστιες ποσότητες δεδομένων για την ατμόσφαιρα, ενώ κάποιοι πέταξαν ακόμη και μέσα σε φαινόμενα όπως οι τυφώνες για να μετρήσουν τι συνέβαινε μέσα σε αυτές τις καταιγίδες.

«Αυτές οι πραγματικά πλούσιες πληροφορίες χρησιμοποιήθηκαν στη συνέχεια από τους επιστήμονες για να κατανοήσουν τη φυσική των φαινομένων», λέει ο Poland.

«Τώρα μπορούμε να προβλέψουμε με κάποιον βαθμό ακρίβειας αν θα σχηματιστεί τυφώνας, πόσο έντονος θα είναι και πού θα κατευθυνθεί», λέει ο Πόλαντ. «Προφανώς, δεν είναι όλες οι προβλέψεις τέλειες. Και αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι οι γνώσεις μας είναι ακόμα ατελείς. Αλλά γνωρίζουμε ήδη αρκετά».

Ο Poland θέλει οι ηφαιστειολόγοι να κατασκευάσουν παρόμοια μοντέλα της υποκείμενης φυσικής των ηφαιστείων, κάτι που θα σήμαινε την κατασκευή μοντέλων μαγματικών θαλάμων.

Ένα παρατηρητήριο μάγματος

Κατά κάποιον τρόπο, το όνειρο ενός παρατηρητηρίου μάγματος ξεκίνησε με ένα ατύχημα. Ή για να είμαστε πιο ακριβείς, ξεκίνησε με τρία διαφορετικά ατυχήματα σε τρεις διαφορετικές χώρες, πριν από περισσότερο από μια δεκαετία: οι άνθρωποι ξεκίνησαν να τρυπήσουν ένα βαθύ λάκκο στο βράχο κοντά σε ένα ηφαίστειο και τυχαία τρύπησαν ακριβώς πάνω από τον θάλαμο μάγματος!

Αυτά τα ατυχήματα ήταν μια μεγάλη έκπληξη για τους ανθρώπους που έκαναν τη διάτρηση, όπως τον John Eichelberger, ο οποίος μελετά τα ηφαίστεια για περίπου πέντε δεκαετίες.

«Πραγματικά, ο μόνος τρόπος να τρυπηθεί ένας μαγματικός θάλαμος ήταν η τυχαία σύμπτωση», λέει στο Vox ο Eichelberger.

Τι θα συνέβαινε, λοιπόν, αν τρυπούσες έναν μαγματοθάλαμο; Η απάντηση ήταν... όχι και πολλά. Και στις τρεις αυτές περιπτώσεις, οι εταιρείες γεώτρησης έφτασαν στο μαγματοθάλαμο και αντί να εκτοξευθεί καυτή πέτρα από την τρύπα, το μάγμα ανέβηκε λίγο στην τρύπα και μετά ψύχθηκε απότομα και μετατράπηκε σε ένα κομμάτι μαύρου γυαλιού.

Το ταξίδι στην Ισλανδία

Αυτό ήταν πολύ καλό νέο για τον Eichelberger. Όπως θυμάται, κατέληξε να συναντήσει κάποιον από μια εταιρεία ηλεκτρικής ενέργειας που είχε εμπλακεί σε ένα από αυτά τα ατυχήματα. Ο εκπρόσωπος του είπε ότι θα ήταν πρόθυμοι να επιτρέψουν στον Eichelberger και σε άλλους ερευνητές να κάνουν περισσότερες έρευνες κοντά στο εργοστάσιο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας τους στην ηφαιστειακή περιοχή Krafla της Ισλανδίας.

Έτσι, το 2014, ο Eichelberger συγκέντρωσε ερευνητές για να σχηματίσουν μια κοινοπραξία, στην οποία συμμετείχε και ο ερευνητής Yan Lavallée, που σήμερα εργάζεται στο Πανεπιστήμιο Ludwig Maximilian του Μονάχου.

Αυτή ήταν η αρχή του πρότζεκτ του Krafla Magma Testbed, που πήρε το όνομά του από το ομώνυμο ηφαίστειο της Ισλανδίας.

Πώς θα προχωρήσει η διαδικασία

«Πρώτα, θα εγκαταστήσουμε ένα γεωτρύπανο στην επιφάνεια της Γης και θα αρχίσουμε να τρυπάμε», λέει ο Lavallée. Καθώς θα τρυπάνε, η θερμοκρασία θα αυξάνεται. Θα αντλούν υγρό, το οποίο θα ψύχεται. Τελικά, καθώς θα πλησιάζουν το μάγμα της μαγματικής κοιλότητας, το υγρό θα αρχίσει να ψύχει και λίγο το μάγμα.

«Στο τέλος θα υαλοποιηθεί», λέει ο Lavallée. Αυτό το γυαλί πιθανότατα δεν θα είναι διαφανές. Αντίθετα, θα είναι οψιδιανός — σκούρο μαύρο».

Στη συνέχεια, οι ερευνητές ελπίζουν να ρίξουν μέσα στην τρύπα κάποιες συσκευές μέτρησης που να αντέχουν στους 1000 βαθμούς Κελσίου. Ο Lavallée εργάζεται στο εργαστήριό του με εργαλεία κατασκευασμένα από τα ίδια ανθεκτικά υλικά που χρησιμοποιούνται σε κινητήρες τζετ και άλλα υλικά που μπορούν να αντέξουν σε εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες.

Τότε, ελπίζουμε ότι οι ερευνητές θα έχουν επιτέλους το παρατηρητήριο τους: ένα σύνολο συσκευών μέτρησης που θα τους παρέχει δεδομένα σε πραγματικό χρόνο σχετικά με έναν ενεργό θάλαμο μάγματος.

Εάν αυτό το πρώτο έργο επιτύχει, τότε ο Eichelberger και ο Lavallée έχουν πολλές ιδέες για περαιτέρω έργα γεώτρησης που θα μπορούσαν να τους βοηθήσουν να αντλήσουν περισσότερες πληροφορίες για τα ηφαίστεια.

Συνολικά, ο Lavallée πιστεύει ότι αν το όνειρό τους επιτευχθεί, θα μπορούσε να φέρει επανάσταση στην ηφαιστειολογία.

«Δεν νομίζω ότι μπορούμε καν να φανταστούμε πλήρως και στο 100% το πώς θα αλλάξουν τα πράγματα [ως προς την ηφαιστειολογία]», καταλήγει εμφατικά ο επιστήμονας.