Promieniowanie kosmiczne może ostrzec przed wybuchem wulkanu. A teraz wszyscy na głos: Eyjafjallajokull
W każdej sekundzie przez twoje ciało przelatują tysiące niewidocznych cząstek subatomowych. Naukowcy właśnie stwierdzili, że owe cząstki można wykorzystać do monitorowania tego, co się dzieje we wnętrzach wulkanów. W ten sposób można nawet stworzyć system wczesnego ostrzegania o nadchodzącej erupcji.
Tymi cząstkami są miony, których strumień bezustannie bombarduje każde miejsce na Ziemi. Cząstki te, przemieszczając się z prędkością bliską prędkości światła, przejdą niemal przez wszystko, bowiem nie oddziałują w jakiś szczególny sposób z jądrami ośrodka, w którym się znajdują. Przez to też miony docierające do powierzchni Ziemi wnikają w nią nawet na kilkaset metrów. Same cząstki są niemal nieodróżnialne od elektronów. Wyjątkiem jest tutaj masa: miony mają 207 razy większą masę od elektronu.
Skąd się biorą takie cząstki? Promieniowanie kosmiczne składające się z protonów oraz jąder lekkich atomów, trafiając w otoczenie Ziemi, zderza się z jądrami atomów tworzących górne warstwy atmosfery. W wyniku takiego zderzenia powstają m.in. piony. W drodze do powierzchni Ziemi piony ulegają rozpadowi na miony i to właśnie strumień mionów można mierzyć już na powierzchni Ziemi.
Jak wykorzystać miony do obserwowania wulkanów?
Aby zajrzeć do wnętrza wulkanu, naukowcy sprawdzają, jak dużo mionów uderzających w zbocze wulkanu jest w stanie przelecieć przez niego i wyjść z drugiej strony. Przelatując przez różne fragmenty wulkanu, miony będą natykały się na jaskinie, komory, magmę i skały. Każda z tych warstw charakteryzuje się inną gęstością. Im gęstsza jest materia, przez którą przelatuje mion, tym szybciej go wyhamowuje i prowadzi do rozpadu. Jeżeli przy zboczu wulkanu ustawimy detektory, będziemy widzieli - niczym na zdjęciu rentgenowskim złamanej nogi - w których miejscach przez wulkan przechodzi więcej mionów, a w którym jest ich mniej. W ten sposób powstanie obraz dwuwymiarowy. Gdyby jednak wokół wulkanu ustawić więcej takich detektorów, można stworzyć trójwymiarowy obraz jego wnętrza pozwalający ustalić, gdzie są puste przestrzenie, gdzie skała jest grubsza, a gdzie zbiera się magma.
Powyższą technikę, mionografię, zastosowano niedawno do badania budowy wewnętrznej dwóch japońskich (Sakurajima oraz Mt Asama) oraz trzech włoskich wulkanów.
Jak przekonują naukowcy w najnowszym artykule naukowym opublikowanym w periodyku Proceedings of the Royal Society, miony można wykorzystać nie tylko do badania budowy wewnętrznej wulkanów, ale także do monitorowania ruchu magmy w ich wnętrzach, przez co będzie można monitorować zagrożenie potencjalną erupcją.
Jeżeli detektor zauważyłby, że w pobliżu wierzchołka wulkanu, gdzie dotychczas przechodziło przez niego mnóstwo mionów, coś się zmieniło, może to oznaczać, że strumieniowi mionów na drodze coś stanęło. To z kolei może oznaczać, że w miejscu, gdzie dotychczas nie było magmy, zaczęła się ona zbierać. To może być już jednoznaczny sygnał nadchodzącej erupcji.
Wcześniejsza wiedza o nadchodzącej erupcji może pozwolić władzom regionu na odpowiednio wczesne zarządzenie ewakuacji, a to z kolei może znacząco poprawić bezpieczeństwo mieszkańców żyjących w bezpośrednim otoczeniu wulkanów na całej Ziemi.
