15 января вулкан Хунга Тонга-Хунга Хаапай опустошил нацию Тонга. Извержение вызвало цунами даже в Карибском море и породило атмосферные волны, которые несколько раз обогнули земной шар. Тем временем шлейф вулкана выбрасывал газ и пепел через стратосферу в нижнюю мезосферу.

Всего через два месяца после извержения геологи составили предварительный отчет о том, как оно происходило. Мелисса Скраггс из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре и почетный профессор Фрэнк Спера были частью международной группы исследователей, которые опубликовали первый целостный отчет об этом событии в журнале Earthquake Research Advances . Авторы считают, что извержение накануне, возможно, подготовило вулкан к сильному взрыву, погрузив его главное отверстие под поверхность океана. Это позволило расплавленной породе испарить большой объем морской воды, усилив извержение вулкана уже на следующий день.

«Это определенно, без сомнения, самое крупное извержение со времен горы Пинатубо в 1991 году», — сказал соответствующий автор Скраггс, который изучает смешивание магмы и механизмы запуска извержения и недавно защитил докторскую диссертацию в Калифорнийском университете в Санта-Барбаре. Она сравнила январское событие с извержением вулкана Кракатау в 1883 году, которое было слышно за 3000 миль.

Хунга Тонга-Хунга Хаапай (HTHH) — это стратовулкан: большая конусообразная гора, подверженная периодическим сильным извержениям, но обычно проявляющая более умеренную активность. Это один из многих вдоль вулканической дуги Тофуа, линии вулканов, питаемых магмой Тихоокеанской плиты, погружающейся под Индо-Австралийскую плиту. Тепло и давление нагревают породы опускающейся плиты, вытесняя воду и другие летучие вещества. Та же самая вода снижает температуру плавления породы наверху, что приводит к цепочке вулканов примерно в 100 километрах от границы плиты.

Затопленная опасность

Острова Хунга Тонга и Хунга Хаапай, в честь которых назван вулкан, — это всего лишь две самые высокие точки на краю кальдеры, или центрального кратера. Или были, пока извержение не унесло большую часть островов в небо.

Скраггс впервые услышала об извержении, когда просматривала свою ленту в Твиттере, готовясь ко сну. «Я увидела GIF-ку извержения спутника, и у меня просто остановилось сердце», — сказала она, останавливаясь, чтобы подобрать слова. Она сразу поняла, что это событие вызовет массовые разрушения. «Самое страшное было то, что вся страна была отрезана, и мы не знали, что произошло».

Она уже отправляла сообщения другим вулканологам по мере развития событий, пытаясь понять изображения, которые так четко запечатлели спутники. «На самом деле мы просто решили попытаться понять, что произошло», — сказал Скраггс. «Итак, мы собрали всю информацию, какую только могли, все, что было доступно в течение первых нескольких недель». Авторы использовали любые ресурсы, которые они могли найти, чтобы быстро охарактеризовать это извержение, включая общедоступные данные, видео и даже твиты.

Используя различные наборы данных, команда подсчитала, что событие 15 января началось в 17:02 по местному времени (04:02 ± 1 UTC). Геологическая служба США зафиксировала сейсмическое событие примерно через 13 минут в районе жерла. Первые два часа извержения были особенно сильными, активность угасла примерно через 12 часов.

Но на самом деле извержение началось еще 20 декабря 2021 года. А до этого вулкан извергался в 2009 году, а затем снова в 2014 и 2015 годах. Скраггс считает, что эти более ранние эпизоды являются ключом к пониманию насилия, стоящего за недавним извержением HTHH, возможно связанные с изменениями в системе подачи магмы на глубине или химическим составом магмы с течением времени.

Хунга-Тонга и Хунга-Хаапай были отдельными островами, пока они не были объединены извержениями главного жерла вулкана, которые образовали сухопутный мост . «Этот остров родился в 2015 году, — сказал Скраггс. «А теперь его нет. Если бы не эра спутников, мы бы даже не знали, что он когда-либо существовал».

14 января 2022 года взрыв главного жерла разрушил это соединение, погрузив жерло под поверхность океана. «Если бы этот сухопутный мост не был разрушен, извержение 15 января могло бы вести себя точно так же, как днем ​​ранее, потому что в нем не было бы такого избытка морской воды», — заметил Скраггс.

Ошеломляющий взрыв

Тот же вулкан, разница в один день: в пятницу жерло было над водой, а к субботе — под водой. «В этом вся разница в мире», — сказал Скраггс.

Команда считает, что морская вода сыграла большую роль в насилии и силе, стоящей за извержением 15 января. Подобно бутылочной ракете, извержение такого масштаба требует правильного соотношения воды и газа, чтобы обеспечить силу, чтобы отправить его в небо.

И он тоже взлетел как ракета. «Он прошел полпути в космос», — воскликнул Скраггс. Шлейф пепла выстрелил в атмосферу на 58 километров, миновав стратосферу и в нижнюю мезосферу. Это более чем в два раза превышает высоту, достигнутую шлейфом горы Сент-Хеленс в 1980 г. Это был самый высокий из когда-либо зарегистрированных вулканических шлейфов.

Извержение также сопровождалось поистине ошеломляющим количеством молний. Авторы подозревают, что испарение морской воды привело к тому, что лава раскололась на микроскопические частицы пепла, к которым присоединились крошечные кристаллы льда, когда пар замерз в верхних слоях атмосферы. Движение, изменение температуры и размер частиц вызвали невероятное разделение статического заряда, которое вспыхнуло над извержением. За первые два часа извержения около 80% всех ударов молнии на Земле раскололи небо над Хунга-Тонга-Хунга-Хаапай.

По оценкам авторов, около 1,9 км ³ материала весом 2900 тераграмм изверглись из HTHH 15 января. «Но объем извержения не имел большого значения», — сказал Спера, соавтор статьи и докторант Скраггса. советник. «Что было особенным, так это то, как энергия извержения соединилась с атмосферой и океанами: много энергии ушло на движение воздуха и воды в глобальном масштабе».

Ударная волна, прошедшая через океан, вызвала цунами по всему Тихому океану и за его пределами. Более того, волна пришла быстрее, чем предсказывали модели предупреждения о цунами , потому что модели не откалиброваны для извержений вулканов — они основаны на уравнениях, описывающих цунами, вызванные землетрясениями.

Второе цунами последовало за волной атмосферного давления. Эта ударная волна даже вызвала метео-цунами в Карибском море, которое не имеет прямой связи с южной частью Тихого океана. Скраггс назвала это беспрецедентным: «По сути, весь океан просто плескался в течение пяти дней после извержения», — добавила она.

Много работы

Ученые все еще собирают воедино то, что произошло на вулкане, поэтому им еще предстоит разработать полное представление о волне цунами. Тем не менее, важно обновить системы прогнозирования движения цунами, чтобы они учитывали этот тип механизма. В противном случае предупреждения могут оказаться неверными в следующий раз, когда извергнется такой вулкан, как HTHH, что может стоить большего количества жизней.

Действительно, это событие подчеркивает опасность, которую представляют неконтролируемые подводные вулканы. Несмотря на разрушения, жители Тонги были относительно хорошо подготовлены к извержению 15 января. Правительство выпустило предупреждения, основанные на активности предыдущего дня, и у страны были планы на случай извержений и цунами.

HTHH уже сталкивался с подобными сильными извержениями в прошлом. Недавняя статья исследователей из Университета Отаго, Новая Зеландия, показала, что сильное извержение разрушило кальдеру на вершине подводного вулкана около 1000 лет назад. И подобные вулканы вполне могли извергаться таким же образом. Возьмем, к примеру, Kick ’em Jenny, еще один подводный вулкан, главное отверстие которого находится всего в 150 метрах под водой. Он расположен всего в 8 км к северу от острова Гренада. «Представьте, если бы в Карибском море произошло что-то вроде извержения вулкана Тонга», — сказал Скраггс.

Исследователи быстро работали только с общедоступными данными. Они планируют пересмотреть все свои выводы по мере поступления дополнительной информации и образцов, а также по мере того, как все больше исследователей будут публиковать свои собственные выводы об этом новаторском извержении. Их основная цель состояла в том, чтобы обеспечить отправную точку для будущей работы над этой темой.

Скраггс особенно заинтересован в изучении пепла, собранного в результате этого извержения. Вулканическая порода предоставляет опытному геологу массу информации. Изучение материала может пролить свет на тип извергавшейся магмы, ее количество и, возможно, даже на то, сколько морской воды было вовлечено в извержение.

«Возникло так много вопросов, — сказал Скраггс. «Вещи, о которых мы даже не думали, теперь были записаны».

Исследователи Калифорнийского университета в Санта-Барбаре проведут специальную приглашенную сессию, посвященную извержению вулкана Хунга Тонга-Хунга Хаапай , на ежегодном собрании Геологического общества Америки 2022 года в Денвере в октябре этого года. «Будет интересно посмотреть, что об этом уникальном вулкане узнают десятки других ученых Земли», — сказал Спера. «Мы только в начале пути».