Что прошлое вулкана Тонга говорит нам о том, чего ожидать дальше

Извержение вулкана Хунга-Тонга-Хунга-Ха'апай в южной части Тихого океана привело к тому, что грибовидное облако пепла и пыли поднялось в атмосферу на высоту не менее 20 километров, а по одним оценкам, возможно, и 39 километров.

Взрыв вызвал ударные волны, которые спустя неделю все еще прокатываются по атмосфере.

Сила взрыва также вызвала редкое вулканическое цунами, которое пронеслось по океану, затопив густонаселенный остров Тонгатапу в 65 километрах от места извержения, заставив жителей бежать на возвышенности. В результате извержения и цунами погибли по меньшей мере три человека.

Вулкан может вернуться к периоду покоя после того, как выпустит свою ярость. Но может и не вернуться. Исследователи, изучавшие историю извержений Хунга-Тонга-Хунга-Ха'апаи, зафиксированную в слоях затвердевшего пепла и фрагментах вулканической пемзы, говорят, что этот вулкан имеет тенденцию взрываться каждые тысячу лет или около того — и не один раз, а несколькими импульсами.

По словам Шейна Кронина, вулканолога из Оклендского университета в Новой Зеландии, сейчас очень трудно сказать, произойдет ли это на этот раз, и если да, то когда. Он вместе с коллегами собирает информацию о вулкане, чтобы помочь в оказании помощи и предсказать, что может произойти дальше.

«Время покажет, и ближайшие несколько дней могут многое нам рассказать», — говорит он.

На Тонга нет действующих сейсмометров, а связь с островным государством по-прежнему в значительной степени нарушена из-за пеплопадов и наводнений. Но с помощью спутниковых снимков Кронин и другие специалисты внимательно наблюдают за регионом, ища изменения в форме или высоте вулкана или другие индикаторы, которые могут сигнализировать о том, что магма может снова начать движение.

На данный момент бурное прошлое вулкана может дать некоторые подсказки относительно его будущего.

Еще до недавнего извержения большая часть вулкана, включая кальдеру, или центральный кратер, была затоплена; теперь она погрузилась еще дальше. Но по краям кратера находятся два небольших необитаемых острова — Хунга-Тонга и Хунга-Хапаи. Когда-то они возвышались над водой на сто метров или около того. Именно там после небольшого извержения 2014−2015 годов образовался новый вулканический конус, по сути, соединивший два острова. Это послужило местом приземления для Кронина и его коллег, которые отправились туда в 2015 году и обнаружили скрытую историю Хунга-Тонга-Хунга-Ха-Хапаи.

Кронин поговорил с Science News о недавнем извержении, о том, почему цунами было таким необычным, и о том, как он и его коллеги пытаются собрать воедино историю вулкана.

— Что происходит после извержения? Спутниковые снимки показывают облако диоксида серы от вулкана над Тихим океаном. Что происходит после извержения?

— Да, шлейф вытянулся очень далеко на северо-запад. Он находится довольно высоко в атмосфере, на высоте более 25 километров. Так что он останется там на некоторое время, не настолько долгое, чтобы оказать долгосрочное влияние на климат, но определенно достаточное, чтобы вызвать кислотные дожди [в регионе].

— Каковы некоторые из опасностей, связанных с осадками пепла?

— [Судя по спутниковым фотографиям, многие острова Тонга] серые и покрыты пеплом. С воздуха это очень трудно определить, но толщина пепла не превышает нескольких сантиметров. Это означает, что риск обрушения зданий невелик. Самая большая проблема — это урожай, потому что пепел прилипает к растениям, и они могут погибнуть.

Вторичная проблема — питьевая вода: В пепле содержатся соли, которые растворяются в воде и делают ее кислой. Около 50 процентов тонганцев получают воду из дождевых источников, расположенных на крышах. Вкус и запах неприятны, и это может вызвать расстройство желудка, но она не ядовита, поскольку не содержит высоких концентраций тяжелых металлов.

— Большая часть земли, которую вы нанесли на карту в 2015 году, сейчас находится под водой. Каково это — осознавать, что этого места больше нет?

— Это немного грустно. Удивительно, насколько изменчивы эти вулканические ландшафты. Возможно, этот случай еще не дошел до меня, потому что я был так занят его последствиями. Мы до сих пор рассматриваем все фотографии изменений. Кажется, что вся вершина вулкана просто опустилась вертикально, по крайней мере, на 10 метров; только верхушки островов [Хунга-Тонга и Хунга-Хапаи] теперь находятся над уровнем моря.

— Была ли под кальдерой большая магматическая камера, которая опустела и обрушилась, сбросив все вниз?

— Это была бы моя интерпретация. Некоторые другие вулканологи говорят, что доказательств пока нет, и что [наблюдаемый объем извергнутой магмы] был довольно мал. Но взрыв произошел, возможно, на 250 метров ниже уровня моря. У вас есть материал, извергающийся вверх, но также много того, что, вероятно, ушло в сторону.

— Когда вы поняли, что вулкан может быть больше и взрывоопаснее, чем предполагалось по результатам извержения 2014−2015 годов?

— Ну, мы знали, что там есть вулкан больше [чем просто конус], мы просто не знали, какой он формы. Мы взяли с собой многолучевую систему картирования морского дна, думая, что попытаемся нанести на карту подводную форму нового конуса.

Пока мы ехали [по морю] с многолучевой системой, мы начали видеть множество других маленьких подводных вулканических конусов. Мы подумали: «Ух ты, посмотрите на это!» А потом поняли, что все они находятся в глубоком бассейне глубиной около 150 метров. На самом деле все эти маленькие конусы находились внутри одной большой подводной кальдеры, около 6 километров в поперечнике.

[Тем временем] я провел много времени, рассматривая ряд [вулканических] отложений на Хунга-Тонга и Хунга-Хапаи. Было ясно, что они образовались в результате гораздо более бурных процессов, [чем те, что сформировали новый конус. Эти отложения] были игнимбритами: Они были горячими, сваренными вместе и содержали древесный уголь, который мы использовали для определения года события: 1100. Затем, под слоем почвы, была обнаружена еще одна серия очень похожих отложений [датируемых примерно 200 годом].

— То есть, по сути, вы поняли, что каждые тысячу лет или около того происходила серия мощных извержений?

— Да. И, вероятно, под этим массивом было еще две или три серии отложений.

— Вулканы океанических островов, такие как Килауэа, обычно не очень взрывоопасны; их базальтовая магма, как правило, менее густая и газообразная. Так что же произошло здесь?

— Мы не знаем состав этого извержения, потому что у нас еще нет образцов материала. Но все остальные образцы, которые мы брали с этого вулкана, на самом деле довольно скучны — это все базальт, более или менее одинакового состава, как во время небольших утечек магмы, так и во время крупных взрывных событий. Мы знаем, что здесь произошло.

Главное отличие крупных взрывных событий заключается в том, что магма, возможно, имела немного больше времени пребывания [в магматической камере], что позволило ей накопить больше газа. [Когда магма поднимается к поверхности и давление снижается, газы в ней расширяются, придавая магме потенциально взрывную силу].

Когда вокруг много воды и газообразная магма быстро устремляется в океан, возможны и взрывы. В результате взаимодействия фрагментов горячей магмы с холодной морской водой морская вода превращается в пар, что придает взрыву большую энергию. Мы называем это фреатомагматическим извержением.

— Это довольно необычно, когда вулкан производит цунами, не так ли?

— Да, было много дискуссий о том, почему цунами было таким энергичным. Трудно создать достаточно энергии с помощью вулканов [потому что они, в отличие от землетрясений, не имеют достаточно больших размеров и не перемещают достаточно воды для создания мощного цунами].

Даже если учесть весь 6-километровый диаметр подводного кратера и то, что он опускается на 10 или даже 100 метров, это все равно очень маленькая площадь. Это относительно небольшой объем воды, который будет вытеснен, чтобы вызвать цунами.

Я думал об этом последние несколько дней, пытаясь объяснить передачу энергии от вулкана к волнам. Во время взрывного извержения происходят процессы, в результате которых материал взлетает вверх, образуя основную колонну извержения. Но когда мы находимся близко к уровню моря или даже под водой, под водой также образуются очень плотные столбы извержения, которые могут разрушаться и распространяться в боковом направлении.

Так что в итоге можно получить эти направленные вбок потоки, состоящие из смеси горячих частиц породы, воздуха и капель воды, стекающих по флангам вулкана. И мы никогда их не увидим, потому что они находятся под волнами. [Эти потоки] потенциально являются механизмом для гораздо большего дополнительного объема и для большой боковой энергии, которые могут создавать цунами. В этом отношении это очень необычные цунами.

— Вулкан совершил несколько небольших извержений 30 декабря и 13 января. Вы ожидали новых извержений?

— Конечно, я следил за ним как ястреб. После события 30 декабря мы бросились искать изображения, чтобы попытаться понять, что происходит.

В 2014—2015 годах извержение имело несколько небольших всплесков у основания [вулкана], несколько струй, эффектных на вид, но в основном имевших локальное значение. События 30 декабря и 13 января были более вертикальными, с довольно приличными шлейфами, более мощными с точки зрения взрывной энергии, и, очевидно, давление росло, и к 15-му числу эта сдерживаемая, богатая газом магма была готова к извержению.

Кроме того, извержение 2014−2015 гг. было более интенсивным.

— Итак, главный вопрос: Чего мы можем ожидать дальше?

— Нам не на что опираться. Ни вблизи этого вулкана, ни в Тонга нет сейсмографов, что является настоящей проблемой. Все наблюдения до сих пор велись с лодки или с помощью этих аэрофотоснимков. Трудно делать какие-либо прогнозы.

Так что [вулканологи] придумали три возможных сценария — малый, средний и крупный, основанные на геологическом фоне. Крупный сценарий заключается в том, что извергается сконцентрированная магма с газовым зарядом, которая вызвала очень большой взрыв и изменила форму верхней части вулкана. Таким образом, если новая магма быстро придет на свое место и попадет в это действительно нестабильное сооружение, это может привести к дальнейшим взрывным извержениям, а также к потенциальному обрушению флангов [что может вызвать новые цунами].

Средний сценарий: новая магма есть, но [любые] новые трещины во флангах вулкана означают, что магма может дегазироваться [снижается вероятность взрыва] до извержения. Однако взаимодействие магмы с водой все равно будет иметь место, и есть вероятность появления небольшого шлейфа извержения и, возможно, небольшого цунами.

Маленький сценарий заключается в том, что будет немного остаточной активности, несколько небольших водно-магматических событий, а затем все затихнет. Сейчас мы не наблюдаем значительных возмущений или изменения цвета воды на снимках с воздуха, что, по-видимому, указывает на то, что все затихает.

Время покажет, а мы будем наблюдать.