Významným úkolem vulkanologů je předpovídání sopečných erupcí. Ty mají mnoho podob a velikostí. Největší erupce vedou k explozivnímu vyprázdnění celých magmatických krbů a k výronu proudů horkého plynu a popela, které představují hrozbu pro obyvatele na místě i globální dopad v podobě dočasných změn klimatu. Naštěstí jsou tyto velké erupce extrémně vzácné, protože mezi velikostí a četností erupcí existuje nepřímá úměra. I malá erupce však může mít významný dopad na místní úrovni a může vést ke zničení celého města. Předpovídání erupcí je proto nanejvýš důležité. Vulkanologové monitorují aktivní sopky, aby odhalili možné předzvěsti erupcí. Takovou předzvěstí (odborně prekurzorem) může být série malých zemětřesení provázejících výstup magmatu na povrch, deformace povrchu země při zvýšení tlaku v magmatickém krbu komoře, případně změna v množství a složení emisí vulkanických plynů. Problémem je, že prekurzory nejsou vždy následovány erupcí, když se magma zastaví před dosažením povrchu; jindy naopak dochází k erupcím, aniž by jim předcházely detekované předzvěsti.
Tomuto tématu se v časopise Nature Reviews věnuje článek mezinárodního týmu složeného z geovědců a matematika věnujícího se teorii komplexních systémů, pod vedením Catherine Annen z Geofyzikálního ústavu AVČR. Autoři tvrdí, že pro zlepšení předpovědí sopečných erupcí je třeba celý magmatický systém sopek, přistupovat a studovat jej jako tzv. komplexní systém (https://cs.wikipedia.org/wiki/Komplexn%C3%AD_syst%C3%A9m). Sopečné erupce jsou totiž napájeny “potrubní” soustavou, kterou tvoří síť magmatických rezervoárů a kanálů a dohromady má všechny charakteristiky komplexního systému. Komplexní systémy se chovají nepředvídatelně, protože jsou tvořeny mnoha prvky, které na sebe nelineárně působí a fungují v mnoha časových měřítcích, od sekund až po miliony let, a v mnoha prostorových měřítcích, od milimetrů v měřítku krystalu až po desítky kilometrů v měřítku zemské kůry. Jelikož jevy vznikají z interakcí mnoha prvků systému, nelze komplexní systém plně pochopit studiem jeho jednotlivých prvků samostatně. Ve své práci autoři navrhují, aby se geovědci ve studiu sopek inspirovali klimatologií a meteorologií a po vzoru těchto oborů vytvořili modely založené na komplexních systémových vědách, které by zlepšily krátkodobé předpovědi a umožnily sestavit statistický scénář dlouhodobého vývoje systému. Takové modely by mohly být také využity ke zlepšení naší schopnosti nacházet ložiska nerostných surovin, které jsou potřebné pro energetickou transformaci a které většinou vznikají v souvislosti s magmatickými procesy.
Obrázek 1: Tzv. “potrubní systémy” sopek se skládají z oblasti zdroje částečně roztavených hornin (ty po ztuhnutí tvoří horniny zvané migmatity), a z několika magmatických rezervoárů v celé kůře, které jsou zachovány jako granitoidy, tj. horniny jako žuly a jim příbuzné. Zdrojová oblast, rezervoáry a sopky na povrchu jsou propojeny puklinami a zlomy, po nichž magma stoupá a na kterých po ztuhnutí vytvoří tzv. žíly. Pomocí komplexních systémových věd lze přívodní systém magmatu modelovat jako graf, který je sítí propojených uzlů odpovídajících magmatickým kapsám ve zdroji a magmatickým rezervoárům a spojení odpovídajícím žilám.