Eksplozja podwodnego wulkanu Kolumbo na Morzu Egejskim w 1650 r. wywołała niszczycielskie tsunami, które opisali naoczni świadkowie historii. Grupa badaczy pod przewodnictwem dr Jensa Karstena z Centrum Badań Oceanicznych GEOMAR Helmholtz w Kilonii zbadała obecnie podwodny krater Kolumbo przy użyciu nowoczesnej technologii obrazowania i zrekonstruowała wydarzenia historyczne. Ustalili, że relacje naocznych świadków klęski żywiołowej można opisać jedynie jako połączenie osunięcia się ziemi, po którym nastąpiła wybuchowa erupcja. Wyniki ich badań opublikowano dzisiaj w czasopiśmie Nature Communications.
Z greckiej wyspy Santorini erupcję widać było od kilku tygodni. Późnym latem 1650 roku ludzie donieśli, że zmienił się kolor wody i woda się zagotowała. Około siedmiu kilometrów na północny wschód od Santorini podwodny wulkan wyrósł z morza i zaczął wyrzucać świecące skały. Widać było ogień i błyskawice, a chmury dymu zaciemniły niebo. Następnie woda nagle opadła, by chwilę później skierować się w stronę wybrzeża, zalewając ją falami o wysokości do 20 metrów. W odległości ponad 100 kilometrów rozległ się potężny huk, na okoliczne wyspy spadł pumeks i popiół, a śmiercionośna chmura trującego gazu pochłonęła życie kilku osób.
„Znamy szczegóły historycznej erupcji Kolumbo, ponieważ istnieją współczesne raporty zebrane i opublikowane przez francuskiego wulkanologa w XIX wieku” – mówi dr Jens Karstens, geofizyk morski w GEOMAR Helmholtz Center for Ocean Research w Kilonii. Ale jak doszło do tych niszczycielskich wydarzeń? Aby się tego dowiedzieć, on i jego niemieccy i greccy koledzy udali się w 2019 roku na greckie Morze Egejskie, aby zbadać krater wulkanu za pomocą specjalnej technologii. Karstens: „Chcieliśmy zrozumieć, jak doszło wówczas do tsunami i dlaczego wulkan eksplodował tak gwałtownie”.
Na pokładzie wycofanego już ze służby statku badawczego POSEIDON zespół wykorzystał metody sejsmiczne 3D do stworzenia trójwymiarowego obrazu krateru, który znajduje się obecnie 18 metrów pod powierzchnią wody. Dr Gareth Crutchley, współautor badania: „Dzięki temu możemy zajrzeć do wnętrza wulkanu”. Obrazowanie 3D nie tylko pokazało, że krater miał 2,5 kilometra średnicy i 500 metrów głębokości, co sugeruje naprawdę potężną eksplozję, ale profile sejsmiczne ujawniły również, że jeden bok stożka został poważnie zdeformowany. Crutchley: „Ta część wulkanu z pewnością się osunęła”. Następnie badacze przyjęli podejście detektywa, porównując różne mechanizmy, które mogły spowodować tsunami, z relacjami naocznych świadków. Doszli do wniosku, że jedynie połączenie osunięcia się ziemi, po którym nastąpiła eksplozja wulkanu, może wyjaśnić tsunami. Wyniki ich badań opublikowano dzisiaj w czasopiśmie Nature Communications.
Łącząc dane sejsmiczne 3D z symulacjami komputerowymi, badacze byli w stanie zrekonstruować, jak wysokie byłyby fale, gdyby zostały wygenerowane wyłącznie w wyniku eksplozji. Karstens: „Według tego w jednym konkretnym miejscu można było spodziewać się fal o długości sześciu metrów, ale z relacji naocznych świadków wiemy, że miały one tam wysokość 20 metrów”. Co więcej, mówi się, że morze najpierw cofnęło się w innym miejscu, ale w symulacji komputerowej grzbiet fali jako pierwszy dociera do wybrzeża. Zatem sama eksplozja nie może wyjaśnić zdarzenia tsunami. Jednak po uwzględnieniu osuwiska w symulacjach dane zgadzały się z obserwacjami historycznymi.
Jens Karstens wyjaśnia: „Kolumbo składa się częściowo z pumeksu o bardzo stromych zboczach. Nie jest zbyt stabilne. Podczas erupcji, która trwała od kilku tygodni, lawa była stale wyrzucana. Pod spodem, w komorze magmowej, która zawierała dużo gazu, panowało ogromne ciśnienie. Gdy jedna ze ścian wulkanu osunęła się, efekt był jak odkorkowanie butelki szampana: nagłe zmniejszenie ciśnienia spowodowało rozszerzenie się gazu w układzie magmowym, co doprowadziło do ogromnej eksplozji. Coś podobnego mogło wydarzyć się podczas erupcji podmorskiego wulkanu Hunga Tonga w 2022 r., którego krater wulkaniczny ma kształt podobny do krateru Kolumbo.
Badanie dostarcza zatem cennych informacji do opracowania programów monitorowania aktywnej aktywności wulkanicznej podmorskich łodzi, takich jak SANTORY, którym kieruje współautor, prof. dr Paraskevi Nomikou z Narodowego Uniwersytetu Kapodistrian w Atenach (NKUA). „Mamy nadzieję, że uda nam się wykorzystać nasze wyniki do opracowania nowych podejść do monitorowania niepokojów wulkanicznych” – mówi Jens Karstens – „może nawet system wczesnego ostrzegania gromadzący dane w czasie rzeczywistym. To byłoby moje marzenie”.
Informacje o morskiej sejsmice odbiciowej 3D
Sejsmika 3D to technika geofizyczna wykorzystująca fakt, że fale dźwiękowe są częściowo odbijane na granicach warstw. Umożliwia to tworzenie profili przekrojowych struktur geologicznych znajdujących się pod dnem morskim. W odróżnieniu od sejsmiki odbiciowej 2D, w morskiej sejsmice odbiciowej 3D wykorzystuje się wiele kabli pomiarowych (odbiorników w obudowie) holowanych równolegle za statkiem badawczym. Rezultatem jest trójwymiarowy obraz, zwany objętością sejsmiczną, który pozwala nam zajrzeć pod dno morskie i szczegółowo przeanalizować budowę geologiczną.