Ученые внимательно следят за эволюцией вулканического острова недалеко от Тонги с 2015 года.
Когда в конце декабря 2021 года в Южно-Тихоокеанском Королевстве Тонга началось извержение вулкана, а затем произошел сильный взрыв в середине января 2022 года, у исследователей были необычайно хорошие возможности для изучения событий.
С тех пор, как новая земля поднялась над поверхностью воды в 2015 году и соединила два существующих острова, международная группа исследователей следят за происходящими там изменениями. Команда использовала комбинацию спутниковых наблюдений и наземных геофизических исследований, чтобы отслеживать эволюцию быстро меняющегося участка Земли.
Цифровые карты высот показывают резкие изменения в Хунга Тонга Хунга Хаапай, самой верхней части большого подводного вулкана. Он возвышается на 1,8 км от морского дна, имеет ширину 20 км и увенчан подводной кальдерой диаметром 5 км. Остров является частью края кальдеры Хунга и был единственной ее частью, поднимающейся над водой.
Теперь вся новая земля исчезла вместе с большими частями двух старых островов.
«Это предварительная оценка, но мы думаем, что количество энергии, высвобожденное извержением, было эквивалентно где-то от 4 до 18 мегатонн в тротиловом эквиваленте», — сказал Джим Гарвин, главный научный сотрудник Центра космических полетов имени Годдарда НАСА.
«Это число основано на том, сколько было удалено породы, насколько прочной была порода и насколько высоко облако извержения было унесено в атмосферу с разной скоростью». Взрыв высвободил в сотни раз большую энергию, чем при атомном взрыве в Хиросиме. Для сравнения, по оценкам ученых, гора Сент-Хеленс взорвалась в 1980 году с мощностью 24 мегатонны, а вулкан Кракатау взорвался в 1883 году с мощностью 200 мегатонн.
Ученые работали над созданием подробных карт Хунга-Тонга-Хунга-Хаапай выше и ниже ватерлинии. Они использовали радар высокого разрешения миссии RADARSAT Constellation Канадского космического агентства, оптические наблюдения коммерческой спутниковой компании Maxar и альтиметрию миссии НАСА ICESat-2. Они также использовали данные батиметрии на основе сонара, собранные Океаническим институтом Шмидта в сотрудничестве с НАСА и Колумбийским университетом.
В течение последних шести лет исследователи из НАСА, Геологической службы Тонги и Ассоциации морского образования работали вместе, чтобы определить, как молодая местность подвергалась эрозии из-за продолжающегося воздействия воды и периодических ударов тропических циклонов.
Они также отметили, как различные виды кустарников, трав, насекомых и птиц — переместились из пышных экосистем Хунга Тонга и Хунга Хаапай и колонизировали изначально бесплодные ландшафты новых земель.
Ситуация резко изменилась в январе. В течение первых нескольких недель 2022 года вулканическая активность казалась достаточно типичной, с прерывистыми небольшими выбросами тефры, пепла, пара и других вулканических газов, когда магма и морская вода взаимодействовали в жерле недалеко от середины острова. Продолжающиеся извержения изменили ландшафт и увеличили остров за счет добавления новых отложений пепла и лавы к растущему вулканическому конусу.
«К началу января наши данные показали, что остров расширился примерно на 60 процентов по сравнению с тем, что было до начала декабрьской активности», — говорят ученые. «Весь остров был полностью покрыт десятой долей кубического километра нового пепла. Все это было вполне нормальным, ожидаемым поведением и очень захватывающим для нашей команды».
Но 13-14 января необычно мощные взрывы выбросили пепел в стратосферу. Затем взрывы 15 января выбросили материал на высоту до 40 километров, покрыв близлежащие острова пеплом и вызвав разрушительные волны цунами. Ниже вы можете видеть фотографию пепла над южной частью Тихого океана, сделанную с борта МКС.
Большинство извержений суртсейского типа (подводное извержение, которое формирует вокруг кратера слой спрессованного пепла – туфа) связаны с относительно небольшим количеством воды, вступающей в контакт с магмой. «Если в магму просачивается немного воды, это похоже на попадание воды на горячую сковороду. Вы получаете вспышку пара, и вода быстро сгорает», — объяснил Джим Гарвин.
«То, что произошло 15-го числа, было совсем другим. Мы не знаем почему, потому что у нас нет сейсмометров на Хунга Тонга-Хунга Хаапай, но что-то должно было ослабить твердую породу в основании и вызвать частичное обрушение северного края кальдеры. Думайте об этом как о выпадающем дне кастрюли, позволяющем огромному количеству воды хлынуть в подземную магматическую камеру при очень высокой температуре».
Температура магмы обычно превышает 1000 градусов по Цельсию; морская вода ближе к 20°C. Их смешение может быть невероятно взрывоопасным, особенно в замкнутом пространстве магматического очага. «Это не было обычным извержением суртсейского типа из-за большого количества воды, которое должно было быть задействовано», — сказал Джим Гарвин.
«На самом деле, некоторые из моих коллег-вулканологов считают, что события такого типа заслуживают отдельного обозначения. На данный момент мы неофициально называем это извержением «ультра-Суртсей».
Для такого геологов наблюдение за рождением и эволюцией «Суртсейского острова», подобного этому, увлекательно, отчасти потому, что других современных примеров было немного. За исключением острова Суртсей (Сюртсей), который образовался недалеко от Исландии в 1963–1967 годах и существует до сих пор более полувека спустя, большинство новых островов типа Суртсей подвергается эрозии в течение нескольких месяцев или лет.
Что еще интересует геологов в этих островах, так это то, что они могут рассказать нам о Марсе.
«Небольшие вулканические острова, недавно созданные, быстро развивающиеся, являются окнами в роль поверхностных вод на Марсе и в том, как они могли повлиять на аналогичные небольшие вулканические формы рельефа», — говорит Джим Гарвин. «На самом деле мы видим поля с похожими чертами на Марсе в нескольких регионах».