Геоинформационная система «Вулканоопасность»
А.Н.Платэ, А.В.Веселовский, А.Б.Лексин
Геологические процессы активно вмешиваются в жизнь человечества. Землетрясения, цунами и извержения вулканов были и остаются ведущими природными факторами риска для человека и среды обитания. Несколько лет группа специалистов нашего института работает над созданием геоинформационных систем (ГИС) в области вулканологии, в частности над одной из них, получившей название «Вулканоопас-ность».
Как известно, извержения вулканов принесли немало бед людям. Вот примеры известных вулканических катастроф за последние три века. Во время взрыва вулкана Тамбора (Индонезия) в 1815—1816 гг. по разным оценкам погибло от 66 до 92 тыс. человек, было выброшено в атмосферу около 150 км3 горных пород, образовалась кальдера диаметром 6 км. Вулкан Кракатау (Индонезия) в 1883 г. похоронил около 36 тыс. человек. При взрыве в атмосферу было поднято свыше 18 км3 горных пород и пепла, которые покрыли площадь около 827 тыс. км2. Тончайшая пыль достигла стратосферы, из-за чего на несколько градусов снизилась среднегодовая температура на обширных территориях Земли. Извержение вулкана Катмаи (США, Аляска) в 1912 г. хотя и обошлось без человеческих жертв, считается крупнейшей катастрофой XX в. В этот раз огромное количество
© Платэ А.Н., Веселовский А.В.,
Лексин А.Б., 2008
Алексей Николаевич Платэ, кандидат географических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории геоинформатики Института геологии рудных месторождений, минералогии, петрографии и геохимии РАН. Занимается информационными технологиями в области наук о Земле, созданием баз данных, электронной картографией.
Александр Владимирович Веселовский,
профессор, доктор технических наук, заведующий лабораторией геоинформатики того же института. Область научных интересов — информационные технологии в области наук о Земле, математические методы в геологии.
Алексей Борисович Лексин, младший научный сотрудник той же лаборатории. Занимается созданием базы данных в области вулканологии, участник вулканологических экспедиций.
пепла поднялось к стратосфере, изменив климат всей планеты. Извержение вулкана Сент-Хе-леж (рис.1) в 1980 г. нанесло США материальный ущерб в несколько миллиардов долларов;
вулкан Невадо-дель-Руис (Колумбия) в 1985 г. уничтожил расположенный в 45 км от него город Армера с населением около 26 тыс. человек. Вулкан Пинату-ба (Филиппины) в 1991 г. разру-
шил две военно-морские базы США и несколько поселков у подножия вулкана.
На территории России (в первую очередь на Камчатке и Курилах) населенные пункты в основном расположены на значительном удалении от вулканов, поэтому здесь вероятность человеческих жертв в случае извержения значительно ниже.
В последние годы особое внимание как у нас, так и за рубежом уделяется комплексному изучению так называемых «спящих» вулканов, которые могут неожиданно активизироваться с катастрофическими последствиями для населения, природной среды и климата. Примеры возобновления вулканической деятельности после долгого перерыва — считавшиеся потухшими вулканы Камчатки (Безымянный, 1956 и кальдера Академия Наук, 1996), а также уже упомянутый вулкан Сент-Хе-ленс в США (1980). Их неожиданное извержение сопровождалось выбросом огромного количества вулканического материала. Геологическая служба США и НАСА установили наблюдения за шестнадцатью «спящими» вулканами штатов Вашингтон, Калифорния, Гавайи, Аляска, а также, при сотрудничестве с местными учеными, за вулканами Исландии, Гватемалы, Сальвадора, Никарагуа и Эквадора. На территории России к потенциально активным относят вулканы Большого Кавказа — Эльбрусской (в первую очередь сам Эльбрус) и Казбекс-кой групп, к ним же принадлежит ряд вулканов Курило-Кам-чатской островной дуги.
Опыт вулканологии в изучении вулканических явлений позволяет предсказать некоторые из извержений с большой долей вероятности. Явное преимущество (непрерывность наблюдений, глобальный охват и дифференциальная масштабность) перед традиционными наземными методами получили исследования с использованием космических аппаратов. При
этом появляется возможность контролировать динамику извержения, оперативно оценивать масштаб и экологические последствия катастрофических извержений [1]. В связи с этим при создании системы «Вулка-ноопасность» наряду с результатами традиционных геологических и вулканологических работ учитывалась возможность использования сведений, получаемых аэрокосмическими методами [2].
Широкое применение находят такие современные технические методы исследований, как GPS-приемники, используемые для определения координат на местности. Эти приборы в настоящее время широко доступны и позволяют выполнять две основные задачи: во-первых, строить современные электронные карты, отображающие вулканическую деятельность; во-вторых, позволяют определять точное местоположение того или иного объекта непосредственно в момент извержения.
Необходимо отметить, что предсказание извержений вулканов более эффективно, чем прогноз землетрясений. Это объясняется тем, что признаков предстоящего извержения достаточно много, и они хорошо изучены.
Важное значение имеет разработанный в рамках работ над информационной системой так называемый паспорт вулкана. В настоящее время существует представление, что тип вулкана остается прежним независимо от времени извержения. Поэтому при оценке состояния вулкана и последствий возможных извержений важно иметь сведения о характерных чертах вулкана.
Паспорт вулкана
Для удобства работы ГИС «Вулканоопасность» разнообразные данные о вулкане представляются в виде стандартного паспорта, который включает четыре блока.
В первом сосредоточены общие сведения о вулкане: название, топографическая отметка, координаты, географическое положение, геоморфологическая обстановка, тип вулкана, главная серия изверженных пород.
Во втором — исторические данные о предшествующих извержениях с их характеристиками (палеореконструкция вулкана) [3]. Для каждого извержения приводятся: дата, вид и степень извержения, направление распространения изверженных продуктов и их характеристика
Рис.2. Извержение вулкана Ключевской (2005).
Фото Ю.В.Демянчука
Рис.3. Поваленные и поврежденные деревья в результате схода пирокластического потока и лахара после извержения вулкана Шивелуч в 1995 г. Исследователь демонстрирует высоту потока.
Фото Н.П.Смелова
(характер продуктов и их параметры); вновь образованные вулканические постройки и их параметры; явления, предварявшие извержение и сопровождавшие его.
В третий блок паспорта вулкана входят данные о его современном состоянии: глубинном строении региона, в том числе глубине залегания «промежуточных» магматических очагов; основании вулкана (геологическом строении фундамента); морфологии вулкана и размерах главных элементов вулканической постройки; признаках жизни вулкана (сольфатарной и фу-марольной деятельности, термальных источниках, тепловом поле и др.).
Четвертый — это данные мониторинга, т.е. наблюдения над признаками, предваряющими извержение.
Сервер ГИС «Вулканоопас-ность» управляет информационными ресурсами и режимами работы всей системы. Здесь же накапливаются и передаются на рабочие места цифровые карты различных вулканических областей и отдельных вулканов Российской Федерации в масштабах от 1:1 000 000 до 1:100 000 и крупнее. Геоинформационная среда системы предоставляет возможность хранения, редактирования, обновления и распространения в единой системе разнообразных данных о территориях вулканических провинций, областей и отдельных вулканах (таблицы, карты, аэро- и космо-снимки). Важная составная часть системы — блок автоматизированной интерпретации материалов дистанционных съемок.
В системе используется базовое программно-математическое обеспечение ESRI ArcGIS, выбранное с учетом простоты обмена сведениями с отечественными и зарубежными информационными системами в области вулканизма. Адаптация программных средств производится под конкретные задачи, решаемые системой с созданием пользовательских прило-
Рис.4. Отложения пирокластического потока после извержения вулкана Шивелуч в 1995 г.
Фото Н.П.Смелова
жений на стандартных языках программирования.
ГИС «Вулканоопасность» имеет изначально цифровую форму поступающей информации, привязанной к системе координат, что позволяет интегрировать массивы разнообразного содержания, необходимые для оценки состояния вулкана. Основную часть поступающего информационного потока составляют графические и атрибутивные данные государственной цифровой топографической карты масштаба 1:200 000 (например, для Кавказа — это сборка из 41 листа, охватывающая территорию 40°—44°с.ш., 39— 48°в.д.), и аэрокосмические снимки площадей современного вулканизма. Топографические данные дополнены разномасштабными цифровыми (векторными и растровыми) картами, отображающими геолого-тектоническое положение вулканических областей и положение конкретного вулкана, его морфологию, ледовый покров и др.
Атрибутивная (семантическая) информация представлена в виде паспортов вулканов Большого Кавказа (Эльбрус, вулканы Казбекской группы) и Камчатки (Ключевской, Плоский Толба-чик, Харчинский, Харчинская региональная зона шлаковых конусов, Заречный). Источником информации служат опубликованные и вновь полученные авторами материалы о происходивших вулканических процессах. Паспорта составлены по стандартной разработанной форме и включены в базу данных, которая содержит также перечень вулканов мира (2260 наименований) с координатной привязкой по данным [4].
В ГИС «Вулканоопасность» предусмотрена возможность проведения стратифицированного анализа массивов картографических данных (разделение на «слои»), а специальный интерфейс системы позволяет получать интересующую вулканолога атрибутивную информацию из базы данных.
Одним из центральных вопросов информационного наполнения разработанной геоинформационной системы стал сбор, накопление и обработка данных, относящихся к центральной части Большого Кавказа (включающей вулканы Эльбрус и Казбек [5, 6]), вулканическая опасность которой аналогич
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.