Et utbrudd av undervannseksplosjoner drev Tonga-vulkanutbruddet

Forskere begynner å sette sammen hvorfor utbruddet av en undervannsvulkan i Tonga var så eksplosivt – og hva som skjedde i etterkant. Bevis samlet av to grupper tyder på at da vulkanens sentrum kollapset, spydde den ut en enorm mengde magma som reagerte voldsomt med vann, og drev flere store eksplosjoner og hundrevis av mye mindre eksplosjoner.

Vulkanen Hunga Tonga–Hunga Haʻapai brøt ut 15. januar 2022, og produserte den største atmosfæriske eksplosjonen i registrert historie. Det sendte sjokkbølger rundt om i verden og en askefløy opp i den øvre atmosfæren.

I mai ledet Shane Cronin, en vulkanolog ved University of Auckland, New Zealand, en gruppe som seilte over vulkanens kaldera, den sentrale forsenkningen som dannes når en vulkan bryter ut, og brukte ekkolodd for å kartlegge strukturen. De fant ut at den fire kilometer brede kalderaen hadde falt i dybden fra mindre enn 200 meter under havoverflaten til mer enn 850 meter.

“Vulkanen produserte denne enorme nye kalderaen,” sier Cronin. Han anslår at rundt 6,5 kubikkkilometer stein ble kastet ut, omtrent tilsvarende en kule så bred som Golden Gate Bridge i San Francisco, California. “Det var et fantastisk funn,” sier Taaniela Kula, Tongas visesekretær for land og naturressurser i Nuku’alofa og en samarbeidspartner i forskningen. “Det skaper et bedre bilde av mekanismen til vulkanen.” Arbeidet ble presentert på et møte i European Geosciences Union (EGU) i Wien 26. mai.

Årsaken til denne store eksplosjonen var trolig samspillet mellom store mengder magma og vann da utbruddet startet, sier Cronin. “Du har 20-graders vann og du har 1110-graders magma som kommer direkte i kontakt,” sier han. En så stor temperaturforskjell gjorde at vannet ble tvunget i kontakt med magmaen ved utbruddet, og eksploderte. Hver interaksjon presset vannet dypere inn i kantene av magmaen, sier Cronin, og økte kontaktflaten og drev ytterligere eksplosjoner i en kjedereaksjon.

Den opprinnelige dybden av kalderaen var også akkurat liten nok til at vanntrykket ikke undertrykte eksplosjonen, men dyp nok til at magmaen ble matet med enorme mengder vann for å drive interaksjonene, noe som resulterte i flere store eksplosjoner og hundrevis av mye mindre eksplosjoner hver minutt. Øyenvitneskildringer fra dagen for utbruddet rapporterte «knitring og støy som artilleriild» så langt som 90 kilometer fra utbruddet, sier Cronin. “Dette er ikke lyder jeg har hørt fra vulkanutbrudd før,” sier han.

Askekorn gjenvunnet fra Tonga etter utbruddet tyder også på at det var et voldsomt samspill mellom magma og vann. Da sjøvannet kom i kontakt med magmaen, produserte det sjokkbølger kraftige nok til å knekke kornene, sa Joali Paredes-Mariño, en geologisk ingeniør ved University of Auckland, i et arbeid presentert ved EGU.

Tørk ut

En egen ekspedisjon av et team ved New Zealands National Institute for Water and Atmospheric Research (NIWA) i Auckland reiste til vulkanen i april, men de gikk ikke over kalderaen. De tok prøver av aske fra havbunnen rundt vulkanen, noe som viste at utbruddet sannsynligvis ble fulgt av dramatiske pyroklastiske strømmer, varme strømmer av aske og lava som regnet ned over de nedsenkede sidene av kalderaen. Den rykende varme asken gjorde den omkringliggende havbunnen til en hvit ørken som «utslettet alt», sier reiseleder Kevin Mackay, maringeolog ved NIWA.

Disse strømmene spredte seg under vann i tusenvis av kvadratkilometer fra utbruddet, og river opp kabler fra havbunnen – inkludert de som gir Tongas tilgang til Internett, som fortsatt ikke er fullstendig gjenopprettet – og driver tsunamier som skyllet over nærliggende øyer, og nådde opptil 18 meter i høyden. På havbunnen ser det ut til at ingenting har overlevd, selv om det fortsatt analyseres prøver for å finne ut skadeomfanget. “Vi tror ikke engang at det bor bakterier der,” sier Mackay. “Det er hvor giftig vi tror sedimentet er.”

Prøver samlet inn av NIWA-teamet brukes til å studere potensielle innvirkninger på oksygennivået i havet og havforsuring, sier Sarah Seabrook, en biogeokjemiker ved NIWA.

Ikke alt ble imidlertid desimert. Satellittdata viste en stor oppblomstring av planteplankton i havet etter utbruddet, som matet på næringsstoffer som ble frigjort av eksplosjonen, sier Seabrook. Og på nærliggende åser som stakk opp over havbunnen bare 15 kilometer fra utbruddet, blomstret livet, sier Mackay. “Vi forventet at liv ville bli universelt ødelagt.”

Vanndampfjær

Annen forskning presentert ved EGU av Philippe Heinrich ved den franske kommisjonen for alternativ energi og atomenergi nær Paris viste at trykkbølgen fra utbruddet ga en tsunami så langt som til den franske middelhavskysten, 17 000 kilometer unna, med flere centimeter i havnivået oppgang registrert. Luis Millán ved NASAs Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, California, fant også at utbruddet sendte opp en vanndampskyve som nådde en høyde på 53 kilometer, godt inn i stratosfæren. Denne skyen, som nå har omringet kloden, økte vanndampinnholdet i stratosfæren med 146 teragram (146 billioner gram), eller 10 %, og vil trolig forbli i atmosfæren i minst ett år. “Vi har ikke sett noe lignende før i hele satellitt-æraen,” sier Millán.

Noen undersøkelser tyder på at det var hint om hva som skulle komme. Thomas Walter ved det tyske forskningssenteret for geovitenskap i Potsdam sier seismologiske målinger peker på en mulig delvis kollaps av kalderaveggen i timene før hendelsen. “Det er et veldig svakt hint,” sier han. “Men det kan tyde på at vi først har en kollaps og deretter eksplosjonen.”

Cronin er enig i at det kan ha vært noen forhåndsvarsel. Satellittbilder viste en del av den utstikkende nordlige kanten av vulkanen som falt i havet dagen før utbruddet. “Det kunne ha indikert tidlige stadier av kalderaens kollaps,” sier han. Det kan være et avgjørende verktøy for å forutsi fremtidige ubåtutbrudd. “Hvis vi savnet den store ledetråden om at denne store skulle komme, så er det åpenbart en lærdom vi vil ta med oss ​​videre,” sier Cronin.