МОНИТОРИНГ ВУЛКАНОВ

Новая лазерная система позволит заблаговременно предсказать активизацию вулканов.

Снимок сделан в 1944 г. Везувий и сегодня представляет угрозу для Неаполя.

КАСКАДЫ ЭЛЕКТРОНОВ Основа каскадного лазера – ряд нанометровой толщины полупроводниковых слоев. Такая структура позволяет получить несколько энергетических уровней для электронов, которые совершают каскадные переходы с более высоких уровней на более низкие, теряя при этом энергию, выделяемую в виде лазерных фотонов. Каждый электрон может испустить десятки фотонов, благодаря чему каскадные лазеры мощнее обычных полупроводниковых, в которых каждый возбужденный электрон испускает только один фотон. Более того, варьируя толщину слоев, можно заставить электроны излучать фотоны различных частот. Каскадные лазеры – идеальное средство для мониторинга вулканов, поскольку сочетают большую мощность и широкий диапазон частот.

Современные сейсмометры регистрируют подземные толчки и другие движения земной коры, свидетельствующие о пробуждении вулкана, но их показания недостаточно точны. Сканирование выбрасываемых вулканом газов может давать сведения о движении магмы в недрах Земли. Однако приборы, анализирующие состав газов, очень хрупки и громоздки, поэтому их не всегда можно использовать в полевых условиях. «В связи с этим анализ проб газов обычно проводится в лаборатории, что занимает от недели до месяца», – считает физик Франк Титтель (Frank Tittel) из Университета Райса.

Более перспективный метод предсказания извержений основан на контроле соотношения изотопов углерода в углекислом газе. На 90 атомов ¹²С приходится 1 атом ¹³С, но в вулканических газах оно может быть иным. Если концентрация того или иного вещества повысится лишь на одну десятимиллионную, это может свидетельствовать о выбросе углекислого газа из магмы, накапливающейся в недрах вулкана или поднимающейся по его жерлу.

Поскольку изотопы ¹²С и ¹³С поглощают излучение на различных длинах волн, лазеры могут обнаруживать малейшие изменения.

Американские и британские ученые в сотрудничестве с правительством Италии разработали систему контроля вулканической деятельности на основе каскадного лазера. Полупроводниковый лазер способен генерировать мощное излучение в широком интервале частот. При этом он прочен, компактен и помещается в кожухе размером с коробку для обуви и не требует охлаждения жидким азотом.

Первые испытания системы были проведены в 2000 г. на газах, выбрасываемых из кратеров в Никарагуа. Сейчас надежность и точность устройства проверяется в суровых усло-виях вулканических зон.

Каскадные лазеры разместят вокруг вулканов, и они будут передавать информацию о любых изменениях в соотношении изотопов, которые могут возникать за недели и месяцы до начала извержений. «Наша система поможет предотвратить катастрофы, подобные той, что произошла в результате извержения Везувия, уничтожившего города Помпеи и Геркуланум и погубившего тысячи людей в 79 г.», – считает член группы Титтеля Деймиен Вейдманн (Damien Weidmann) из Эпплтонской лаборатории им. Резерфорда в Оксфордшире (Англия).

Оригинал - www.sciam.ru