Почему взрыв вулкана на Тонга был таким сильным, и чего ожидать теперь?

Королевство Тонга не часто привлекает внимание мировой общественности, но сильное извержение подводного вулкана 15 января распространило ударные волны, в буквальном смысле, по половине мира.

На вулкан обычно мало кто обращает внимание. Он состоит из двух небольших необитаемых островов, Хунга-Хапаи и Хунга-Тонга, возвышающихся на 100 метров (328 футов) над уровнем моря в 65 километрах (40 милях) к северу от столицы Тонга Нукуалофы. Но под волнами скрывается огромный вулкан высотой около 1800 метров (6000 футов) и шириной 20 километров (12,5 миль).

Вулкан Хунга-Тонга-Хунга-Хапаи регулярно извергался в течение последних нескольких десятилетий. Во время событий 2009 и 2014/15 годов горячие струи магмы и пара вырывались через волны. Но эти извержения были небольшими и по своим масштабам уступали извержениям января 2022 года.

Наши исследования этих более ранних извержений позволяют предположить, что это один из мощных взрывов, которые вулкан способен производить примерно раз в тысячу лет.

Почему извержения вулкана настолько взрывоопасны, учитывая, что морская вода должна охлаждать магму?

Если магма поднимается в морскую воду медленно, даже при температуре около 1 200 градусов C (2 200 F) между магмой и водой образуется тонкая пленка пара. Это обеспечивает слой изоляции, позволяющий внешней поверхности магмы охлаждаться.

Но этот процесс не работает, когда магма вырывается из земли, наполненная вулканическим газом. Когда магма быстро попадает в воду, любые паровые слои быстро разрушаются, в результате чего горячая магма вступает в прямой контакт с холодной водой.

Исследователи вулканов называют это "взаимодействием топлива и охладителя", и оно сродни химическим взрывам с применением оружия. Чрезвычайно сильные взрывы разрывают магму на части. Начинается цепная реакция, в результате которой новые фрагменты магмы открывают воде свежие горячие внутренние поверхности, и взрывы повторяются, в конечном итоге выбрасывая вулканические частицы и вызывая взрывы со сверхзвуковой скоростью.

Два масштаба извержений Хунги

В результате извержения 2014/15 года образовался вулканический конус, соединивший два старых острова Хунга и образовавший объединенный остров длиной около 5 километров. Мы посетили остров в 2016 году и обнаружили, что эти исторические извержения были лишь занавесом перед главным событием.

Составив карту морского дна, мы обнаружили скрытую "кальдеру" на глубине 150 метров под волнами.

Кальдера представляет собой кратерообразную впадину около 5 километров (3 мили) в поперечнике. Небольшие извержения (как, например, в 2009 и 2014/15 годах) происходят в основном на краю кальдеры, но очень крупные извержения происходят из самой кальдеры. Эти крупные извержения настолько велики, что верхняя часть извергающейся магмы обрушивается внутрь, углубляя кальдеру.

Изучая химический состав прошлых извержений, мы теперь считаем, что небольшие извержения представляют собой медленную перезарядку магматической системы для подготовки к большому событию.

Мы нашли свидетельства двух огромных извержений из кальдеры Хунга в отложениях на старых островах. Мы сопоставили их по химическому составу с отложениями вулканического пепла на крупнейшем населенном острове Тонгатапу, расположенном в 65 километрах, а затем использовали радиоуглеродные даты, чтобы показать, что крупные извержения кальдеры происходят примерно раз в 1000 лет, а последнее произошло в 1100 году нашей эры.

Учитывая эти данные, извержение 15 января, похоже, как раз соответствует графику "большого извержения".

Что мы можем ожидать сейчас

Мы все еще находимся в середине этой крупной эруптивной последовательности, и многие аспекты остаются неясными, отчасти потому, что остров в настоящее время затенен облаками пепла.

Два предыдущих извержения 20 декабря 2021 года и 13 января 2022 года были умеренных размеров. Они образовали облака высотой до 17 километров и добавили новую землю к объединенному острову 2014/15 годов.

Последнее извержение резко увеличило масштабы. Высота пеплового шлейфа уже составляет около 20 километров (12 миль). Самое примечательное, что он распространился почти концентрически на расстояние около 130 километров от вулкана, образовав шлейф диаметром 260 километров, прежде чем его исказил ветер.

Это свидетельствует об огромной взрывной силе, которую нельзя объяснить только взаимодействием магмы и воды. Это свидетельствует о том, что из кальдеры изверглось большое количество свежей, газонаполненной магмы.

Извержение также вызвало цунами на всей территории Тонга и соседних островах Фиджи и Самоа. Ударные волны преодолели многие тысячи километров, были видны из космоса и зафиксированы в Новой Зеландии на расстоянии около 2 000 километров. Вскоре после начала извержения на Тонгатапу было закрыто небо, и начал выпадать пепел.

Все эти признаки указывают на то, что большая кальдера Хунга пробудилась. Цунами генерируются соединенными ударными волнами атмосферы и океана во время взрывов, но они также могут быть вызваны подводными оползнями и обрушениями кальдер.

Пока неясно, является ли это кульминацией извержения. Оно представляет собой крупный выброс давления магмы, который может привести к успокоению системы.

Предупреждение, однако, содержится в геологических отложениях предыдущих извержений вулкана. Эти сложные последовательности показывают, что каждый из 1000-летних эпизодов извержения в кальдере состоял из множества отдельных взрывов.

Следовательно, нас могут ожидать несколько недель или даже лет сильных вулканических волнений на вулкане Хунга-Тонга-Хунга-Хапаи. Ради народа Тонга я надеюсь, что это не так. Беседа

Шейн Кронин, профессор наук о Земле, Оклендский университет.