Дэвид Джонстон: выдающийся вулканолог и мученик во имя науки

«Дэвид Джонстон: выдающийся вулканолог и мученик во имя науки»

Статья из журнала «Профессиональный геолог», апрель 2020

Автор: Айзек Поуп, г. Сентралия, штат Вашингтон

Фото Дэвида А. Джонстона

Перевод: Виталий Тупчиенко

Редактор: Александр Валерианович Лаломов, д.геол.-мин.н.

Фото Дэвида А. Джонстона

Молодой человек стоял один, глядя на мрачное зрелище. Улицы были затоплены, дома разрушены, а жизнь изменилась без возможности восстановления. Это внезапное бедствие произошло в апрельский день 1967 года, когда торнадо неожиданно ворвалось в Оук Лон (Oak Lawn), пригород Чикаго. Семнадцатилетнему Дэвиду Джонстону было поручено документально запечатлеть результат стихийного бедствия (тридцать семь убитых и почти пятьсот раненых) для Worth-Palos Reporter. Мог ли он предполагать, что это будет не последним бедствием, свидетелем которого он станет? Или предвидеть, что собственная смерть настигнет его во время одного из величайших природных катаклизмов двадцатого века?

Последняя для Джонстона катастрофа прогремела в научном сообществе, когда 18 мая 1980 года спокойная весна закончилась сильным извержением вулкана Сент-Хеленс. Сорок лет спустя последствия извержения горы Сент-Хеленс в штате Вашингтон продолжают захватывать наше воображение, а геологи исследуют его, продолжая накапливать важную информацию об этом редком геологическом инциденте. В 1980 году многие ученые вместе пришли к лучшему пониманию вулканических процессов, изучая пробуждающийся вулкан; а некоторым даже суждено было погибнуть во время попыток продвижения границы этих знаний. Одной из погибших жертв был вулканолог доктор Дэвид А. Джонстон (рис. 1), чьи усилия в понимании и информировании общественности о вулканических угрозах значительно сократили количество потенциальных жертв, вызванных извержением. Относительно мало информации имеется о ранних годах Джонстона, но то, что известно, помогает создать хронику тех серий трансформаций, которые сформировали легендарного вулканолога с горы Сент-Хеленс, героя для тех, кто идет по его стопам в поисках знаний, необходимых для обеспечения общественной безопасности в эпицентре геологической активности.

Ранние годы

Дэвид Джонстон родился 18 декабря 1949 года и был старшим ребенком Тома и Алисы Джонстон, семейной пары, которая видела много трудностей в своей жизни. Потеряв отца во время Великой депрессии, Том полагался на свою дружную семью, которая поддерживала его в юности, и достойно служил своей стране в ВВС США во время Второй мировой войны. Детство его матери Алисы было омрачено злоупотреблением алкоголя её родителями. Когда ей было двадцать с лишним лет, умер ее младший брат, а в тринадцать лет отец оставил семью. Хотя сам Джонстон не мог пожаловаться на похожие трудности, он был самокритичен и страдал комплексом неполноценности. Он часто оказывался самым молодым и самым маленьким в школе. Кроме того, он ужасно боялся публичных выступлений из-за свого замкнутого характера и застенчивости, что иногда проявлялась в его профессиональной карьере. Он установил для себя высокие стандарты и, возможно, был слишком жесток к себе, когда ему не удавалось соответствовать им. Поэтому он активно занимался учебой и спортом, особенно бегом по пересеченной местности, что не только помогало ему снимать стресс, но и давало время для личных размышлений. Участие в движении бойскаутов предоставило еще одну возможность для развития на природе и общения в компании единомышленников. Чем сильнее был вызов, тем сильнее становилось его упорство, формируя важный аспект его характера.

Торнадо 1967 года стал важным поворотным моментом в жизни Джонстона (Holmes, 2019, стp. 7). Эта катастрофа как обычно, произошла тогда, когда никто её не ожидал. Это произошло за три года до того, как была разработана система предупреждающих сирен. Поэтому эта катастрофа унесла десятки жизней. Как фотограф для Worth-Palos Reporter (теперь просто The Reporter), Джонстон одним из первых увидел ущерб, нанесенный пострадавшим районам. Это оставило на нем отпечаток на всю оставшуюся жизнь и мотивировало его спустя годы, когда он работал на передовой ради спасения жизней от непредсказуемого извержения вулкана.

Рисунок 1 - Мэннинг пост геологической службы США Coldwater-2, вулканолог Дэвид А. Джонстон позирует 17 мая, 1980, всего за несколько часов до извержения горы Сент Хеленс, которое произошло на следующий день. Фотография любезно предоставлена Гарри Гликеном и Геологической службой США (в открытом доступе).

От фотожурналистики к геологии

Будущий герой-вулканолог Джонстон, обучаясь в старших классах школы, работал в Worth-Palos Reporter и считал логичным заняться фотожурналистикой в университете штата Иллинойс. Однако, вскоре он развернул свои интересы в сторону геологических наук. Увлечение Джонстона геосистемами в конечном итоге привело его в область вулканологии, где он вскоре завершил две стажировки летом 1971 и 1972 годов под руководством геолога Пита Липмана из Геологической службы США. Изучив во время этих стажировок множество жерл потухших вулканов в горах Сан-Хуан на юго-западе Колорадо, Джонстон выбрал вулкан Симаррон в качестве темы своей докторской диссертации в Вашингтонском университете, которую он начал в 1973 году. Когда он почти закончил написание своей диссертации, друг Джонстона, Даг Лалла, вытащил его из гор Сан-Хуан, чтобы изучать, как выразился Лалла, «настоящий вулкан, а не один из этих мертвых». В течение лета 1975 года Джонстон выполнял обязанности полевого помощника, исследующего активный вулканизм на горе Сент-Огастин на Аляске, получая большой опыт работы с активными вулканами: опыт, который впоследствии окажется незаменимым на горе Сент-Хеленс. Воодушевленный этим знакомством с активным вулканизмом, Джонстон переключил свой кандидатский проект на гору Святого Августина, разочаровав своих профессоров, которые занимались вулканическим полем гор Сан-Хуан. В конечном итоге он достиг компромисса с ними, согласно которому он опубликует свои исследования вулканического поля в горах Сан-Хуана в дополнение к своему новому проекту, что позволило ему посвятить себя исследованиям возможных изменений в выходах подземных газов (растворенных в магме), чтобы предсказать надвигающиеся извержения.

Переход на службу Геологического общества США!

После получения степени доктора философии (Phylosophy doctor, PhD, что приравнивается к степени кандидата наук в России) в Университете Вашингтона в 1978 году, Джонстон был принят в Геологическую службу США на испытательный срок, прежде чем получить постоянную должность. В восторге от возможности получить постоянную работу, Джонстон продолжил свои новаторские исследования по выбросам грунтовых газов, и стал признанным мировым авторитетом благодаря публикациям в ведущих журналах. Офис Геологической службы США в котором он работал, располагался в Менло-Парке, штат Калифорния, но в 1978 и 1979 годах провел на вулкане Новарупта (Аляска), изучая последствия извержения 1912 года. Позже летом 1979 года он работал консультантом по вопросам потенциального развития геотермальной энергии на португальских Азорских островах. Благодаря настойчивости и образцовому труду, Джонстон получил постоянную должность в Геологической службе США, что с 1 июня 1980 года повлекло дальнейшую работу над вулканами Аляски. Но сначала ему пришлось столкнуться с пробуждением Каскадных вулканов.

Первые толчки

Во время перерыва между рабочими встречами Джонстон оказался возле Сиэтла, штат Вашингтон, когда сейсмометры зафиксировали землетрясения на горе Сент-Хеленс. Вместо того, чтобы вернуться в Менло-парк, Джонстон решил использовать оставшееся время, чтобы присоединиться к своему наставнику Стиву Мэлоуну в сейсмологической лаборатории в Вашингтонском университете. Мэлоун установил, что эти сильные землетрясения происходили чуть ниже северного фланга горы Сент-Хеленс, указывая на то, что язык магмы может подняться на поверхность и существует вероятность извержения. Несмотря на эти предупреждения, едва ли можно было почувствовать какие-либо другие признаки подземной активности на поверхности. Возвышаясь над многовековыми девственными лесами, заснеженная гора Сент-Хеленс олицетворяла собой спокойствие и безмятежность. На высоте более 9600 футов (около 2900 м) над уровнем моря покоящаяся вершина манила альпинистов и лыжников, в то время как спокойное озеро Спирит привлекало людей возможностью порыбачить или отдохнуть на природе в лагере, в окружении древнего леса. Вокруг этого рая было много лесозаготовочных предприятий, питавших экономику штата. Однако за обманчиво мирным поведением вулкана скрывалась история катаклизмов, которые радикально изменили этот ландшафт и свидетельствовали о будущей катастрофе. Геологи Рокки Крэнделл и Дон Муллино из Геологической службы США в течение почти двух десятилетий проводили инновационные исследования, документируя сложную историю, записанную обширными залежами тефры (вулканического пепла) и лахаров (грязевых потоков). В своей основополагающей работе, опубликованной в 1978 году, Крэнделл и Маллино заявили, что «текущий интервал покоя не будет продолжаться тысячу лет; извержение, скорее всего, произойдет ... возможно, даже до конца этого столетия». Никто не мог предсказать, насколько неизбежным было такое извержение, пока сейсмографы Мэлоуна не показали, что внутренняя часть вулкана становится очень активной. Через несколько дней после этих первых сигналов ученые Геологической службы со всей страны, в том числе Крэнделл, Маллино, Джонстон и Пит Липман, были вызваны на гору Сент-Хеленс. В комплексе с другими исследованиями, Джонстон начал применять свою новаторскую методику по выбросам грунтовых газов, чтобы попытаться предсказать будущую вулканическую активность на горе Сент-Хеленс. 27 марта на горе произошел первый паровой взрыв, предшествующий извержению. Тем временем начались и социальные проблемы, поскольку несмотря на опасную обстановку тысячи людей стекались на гору Сент-Хеленс движимые любопытством. «Красная зона» была нанесена на карту вокруг вулкана и закрыта для публичного доступа, в то время как районы за ее пределами представляли собой «голубую зону», которая позволяла продолжать деятельность в этом районе, но ограничивала круглосуточное пребывание. Почти сразу жители отказались от ограниченного доступа. Озеро Спирит было закрыто прямо перед приближением летних каникул, и местные предприятия были лишены возможности осуществления туристического бизнеса, который обеспечивал их средствами к существованию.

Паровые выбросы сотрясали гору в течение апреля в условиях возрастающего давления. Служба Геологического общества начала наблюдать необычные движения вдоль северной стороны горы Сент-Хеленс (рисунок 2).

Северный фланг деформировался в широкую выпуклость, называемую криптокуполом, когда магма вторглась снизу в конус через боковое отверстие внутри канала. Мало того, что эта выпуклость росла с угрожающей скоростью (от 5 до 50 футов в день), при этом три параллельных трещины изменили форму склонов криптокупола. Барри Войт, профессор из Университета штата Пенсильвания и известный эксперт по оползням, беспокоился, что в случае провала северных склонов гигантский оползень обрушится в долину к северу от вулкана и обнажит канал с магмой. Если бы это произошло, огромное внутреннее давление выбросило бы магму в боковом направлении как горизонтально направленную взрывную волну, полную раскаленного пепла, что вызвало бы смертоносные пирокластические потоки, скорость движения которых может достигать 300 миль (480 км) в час. Хотя некоторые ученые Геологического общества согласились с такой возможностью, далеко не все не были убеждены в таком развитии событий. Пройдет всего несколько дней, прежде чем опасения Войта подтвердятся. В течение всего этого времени Джонстон применял корреляционный спектрометр (COSPEC) для измерения паровых выбросов (в основном диоксида серы). Значительное увеличение концентрации диоксида серы может предупредить о надвигающемся извержении, но диоксид серы легко растворяется в воде, которая обильно циркулирует в пределах всего массива, о чем свидетельствуют паровые взрывы. Таким образом, Джонсон должен был собирать пробы газа непосредственно у источника их выбросов, чтобы получить точные показания, и вызвался брать пробы из воды в озере внутри провала, образующегося между вершиной и опускающимся северным флангом. Джонстон считал, что предыдущие извержения пара на вершине провала, возможно, создали активные каналы, из которых он мог бы получить неискаженные образцы, но нестабильная вершина представляла опасность, особенно во время сильного землетрясения. Газеты написали «о дерзком поступке Джонстона», но сам ученый утверждал, что такая поездка крайне необходима. В то же время, уровень диоксида серы в образцах газа оставался достаточно низким, несмотря на продолжающуюся подземную активность. Для наблюдения за ростом набухшего криптокупола специалистам Геологической службы США понадобился специальный наблюдательный пост, с которого они могли бы проводить точные наблюдения. В конечном итоге было выбрано место в «Колдуотер 2» (ныне обозначаемый как «Хребет Джонстона») в 4,6 милях к северу от горы. Гарри Гликен, молодой аспирант и помощник Джонстона, начал работать на новой базе в начале мая. Основываясь на результатах, указывающих на подъем магмы, Джонстон подозревал, что извержение было неизбежным, и беспокоился о безопасности Гликкена. Исходя из данных геологического картирования, было известно, что предыдущие извержения, несмотря на огромное расстояние, достигли хребта. Несмотря на то, что Джонстон умолял Гликкена выбрать более безопасное место для работы, Гликкен не оставил бы своего наставника, если бы у него был выбор. Однако ему пришлось вернуться в Калифорнию в середине мая на встречу со своим научным руководителем Ричардом Фишером, и в субботу вечером, 17 мая, Джонстон помог ему собрать вещи для отъезда. Это была их последняя встреча. В ту ночь Джонстон должен был принять смену в Колдуотер-2 (рис. 1), а Дон Свенсон, вулканолог с опытом работы в Гавайской вулканической обсерватории, должен был заменить его в девять часов следующего утра, в воскресенье, 18 мая.

Извержение

Широкое и ясное небо приветствовало Джонстона утром 18 мая, когда он начал запись в свой дневник. Вдруг в 8:32 утра землетрясение магнитудой 5,1 балла взорвало гору Сент-Хеленс, вызвав обвал северного склона. Джонстон быстро набрал номер временной базы Геологического общества в Ванкувере, штат Вашингтон: «Ванкувер, Ванкувер. Это оно!» Не было никакого ответа, кроме щелчка радиопередатчика, расположенного более чем в тринадцати милях к северу от горы Сент-Хеленс. Охваченный волнением, Джонстон продолжил передавать сообщение в Ванкувер: «Ванкувер! Это Джонстон, оно началось!» Ретранслятор снова щелкнул, но когда Ванкувер ответил, было слишком поздно. Ни ответ от Джонстона, ни обычный щелчок ретранслятора не прозвучали в эфире. Ответы, однако, вскоре были получены иным способом, когда столб пепла поднялся в небо, сигнализируя о начале катастрофы. Извержение началось с огромного оползня, крупнейшего из зарегистрированных в истории человечества, обнажившего подступающие к поверхности газы и магму. Они мгновенно превратились в пар, вызвав горизонтальный взрыв на север в сторону Джонстона, как и предупреждал Войт; этот взрыв уничтожил тысячи гектаров старого леса и всё живое на четырнадцать миль (21 км) к северу от вулкана. Радиотрансляционная станция в тринадцати милях к северу от горы была также уничтожена. Столб пепла вскоре вырос почти на шестнадцать миль (24 км) в стратосферу и продолжал струиться в течение всего девятичасового извержения. Иногда части этого облака пепла разрушались под действием собственного веса и образовывали пирокластические потоки, которые падая сжигали все на своем пути. Эти потоки быстро растопили ледники и вызвали лахары, которые разрушили многочисленные мосты и дома, перенеся большие валуны и лесозаготовительную технику за много миль вниз по течению. По результатам катастрофы пятьдесят семь человек, включая Джонстона, были объявлены мертвыми или пропавшими без вести, в то время как жизни сотен людей изменились навсегда (рисунок 3).

Surviving the Mount St. Helens Disaster. umidb.com

Последствия

Внезапное извержение застало врасплох команду Геологического общества Соединенных штатов. Также, как и необузданный натиск торнадо в Оук Лон (Oak Lawn Tornado) в 1967 году, внезапное извержение горы Сент-Хеленс привело к гибели десятков человек. Члены команды Геологического общества продолжали свою работу в шоковом состоянии, пораженные внезапной гибелью людей, во главе которых был их коллега Джонстон. Они не утратил надежду на продолжение своей работы, что позволило бы свести к минимуму ущерб катастрофы, в то время как Гликен страдал от чувства вины за то, что оставил своего наставника. Проводя кропотливую работу в последующие месяцы и годы, коллеги геологи постепенно установили поминутную последовательность событий на горе Сент-Хеленс. Продолжающиеся незначительные извержения позволили геологам определить сейсмические показатели, которые можно использовать для точного прогнозирования извержения за несколько часов до события. Движимый чувством долга, Гликен с невероятной тщательностью «разрабатывал» оползень, что привело к беспрецедентному изучению взрывных отложений, что сделало его признанным лидером в этой области. Раны требуют времени для заживления.

Продолжающиеся незначительные извержения на горе Сент-Хеленс образовали зарождающийся в кратере дацитовый купол. Постепенно и животные начали возвращаться в свои прежние места обитания. Олени, птицы и многочисленные виды растений стали заселять опустошенные извержением территории, маленькие грызуны пробирались сквозь обломки (рис. 4).

За прошедшие годы открылось много историй выживших, такие как повествования и хроники (Waitt 2014). Среди них были Минди Бругман и Кэролин Дригер, которые рассказали, как 17 мая Джонстон спас им жизнь, запретив оставаться на ночь в лагере. В сопровождении своей напарницы Дригер (гидролог USGS), аспирантка Бругман надеялась расположиться лагерем на склоне, чтобы продолжить свои предыдущие исследования ледников горы Сент-Хеленс на следующее утро. Джонстон, однако, убедил их вернуться в Ванкувер на ночь и присоединиться к компании сотрудников USGS на следующий день, когда Бругман смогла бы запросить вертолет, который ей был нужен для исследовательских целей. Пока сотрудники направлялись на встречу тем воскресным утром, Бругман и Дригер вдруг поняли значение слов Джонстона, когда над горизонтом быстро поднялся столб пепла. Помимо этих двух, было спасено множество других, так как смелый геолог предупреждал других о надвигающейся опасности, даже когда ему самому приходилось находиться в опасной зоне 17 и 18 мая. За его героические действия на горе Сент-Хеленс, станция Колдуотер-2 была переименована в «хребет Джонстона». Впоследствии учрежденная Каскадная вулканическая обсерватория также увековечила имя Джонстона.

Джонстон: герой и легенда

Изучение жизни Джонстона можно сравнить с предложением, которое внезапно заканчивается прочерком. Находясь в начале профессиональной карьеры, Джонстон уже успел многое сделать. Его интересы имели далеко идущие последствия и простирались через океаны: они варьировались от развития потенциала геотермальной энергии на Азорских островах до разномасштабного изучения Новарупты на Аляске, чтобы собрать воедино данные об извержении 1912 года. Увлечение вулканологией и её разными аспектами привело Джонстона к исследованию как древнего, так более молодого вулканизма. Его работы легли в основу многочисленных исследований проводимых на протяжении многих лет после его смерти (например, Камата и др., 1991). Коллеги уважали Джонстона за его образцовую работу, будучи уверенными в его способностях. Помимо того, что он был лидером в области исследования грунтовых газов с целью предсказания извержений вулканов, он имел и другие достоинства. Те, кто знал Джонстона ближе, помнят, что он был не только твёрдым в своей настойчивости и преданности своему делу, но и внимательным и добрым человеком, с искренним интересом к благополучию других. Соединяя свое увлечение наукой со стремлением к безопасности окружающих, Джонстон действительно был выдающимся ученым не только в продвижении вулканологии как науки, но и специалистом в области экологии, улучшающей благосостояние человечества. Как вспоминал школьный друг Джонстона - Джим Ньюквист в заключительных строках своего стихотворения «Хороший друг»:

Дэйв, мы идем по тому же пути.

Ну, пока, прощай, бывай!

Моя жизнь благословлена

Возможностью знать тебя.

Признание

После гибели Дэвида Джонстона Липман и Маллино (1981) посвятили свой отредактированный том именно Джонстону, а Томпсон (2000) дополнительно предоставил персонализированный анализ работы Джонстона в контексте извержения горы Сент-Хеленс. Уэйтт (2014) каталогизировал различные интервью Джонстона, но именно недавняя работа Холмса (2019) наиболее полно прояснила различные аспекты личной и профессиональной жизни Джонстона. Кроме того, я также посвящаю свою статью памяти Джонстона, чья жизнь и деятельность является образцом для сегодняшних исследователей, которые бы сами вежливо отклонили предложение о подобной преданности делу. Я благодарю моих наставников, профессора Патрика Прингла (Centralia College) и доктора Джорджа Мусто (Университет Западного Вашингтона) за их тщательные рецензии на эту статью.

Об авторе

Айзек Поуп - молодой студент с ненасытным увлечением науками о Земле, который с четырнадцати лет накапливает значительный список прочитанной литературы университетского уровня. Он не только провел много исследований уровня курсовых работ по геологическим и математическим темам, но также очень заинтересован в образовании, вытекающем из его стремления разделить чудеса науки и математики с другими.

Ссылки

Crandell, D.R., and Mullineaux, D.R. (1978). Potential Hazards from Future Eruptions
of

Mount St.

Helens Volcano, Washington. U.S. Geological Survey Bulletin 1383-C. Washington, D.C.: U.S. Government Printing Office.

Dzurisin, D., Moran, S.C., Lisowski, M., Schilling, S.P., Anderson, K.R., and Werner,
C. (2015). The 2004–2008 dome-building eruption at Mount St. Helens, Washington:
epilogue. Bulletin of Volcanology, 77:89. doi: 10.1007/s00445-0150973-4.

Glicken, H. (1996). Rockslide-debris Avalanche of May 18, 1980, Mount St. Helens Volcano, Washington. U.S. Geological Survey Open-File Report 96-677.

Holmes, M. (2019). A Hero on Mount St. Helens: The Life and Legacy of David A. Johnston: Urbana, Illinois: University of Illinois Press. Johnston, D.A. (1980) Volcanic Contribution of Chlorine to the Stratosphere: More Significant to Ozone Than Previously Estimated? Science, 209, 491–493. doi: 10.1126/science.209.4455.491.

Kamata, H., Johnston, D.A., and Waitt, R.B. (1991). Stratigraphy, chronology, and character of the 1976 pyroclastic eruption of Augustine volcano, Alaska. Bulletin of Volcanology, 53, 407–419. doi: 10.1007/ BF00258182.

Lipman, P., and Mullineaux, D., eds. (1982). The 1980 eruption of Mount St. Helens, Washington: Early results of studies of volcanic events in 1980, geophysical monitoring of activity, and studies of volcanic deposits, effects, and potential hazards. US Geological Survey Professional Paper 1250.

Thompson, D. (2000). Volcano Cowboys: The Rocky Evolution of a Dangerous Science. New York, NY: Thomas Dunne Books. Waitt, R. (2014). In the Path of Destruction: Eyewitness Chronicles of Mount St. Helens, Pullman, WA: WashingtonStateUniversity Press.