Piętnaście minut przed masową erupcją wulkanu Hunga Tonga-Hunga Ha'apai w styczniu 2022 r. dwie odległe stacje sejsmiczne zarejestrowały falę sejsmiczną. Obecnie naukowcy argumentują, że podobne wczesne sygnały można wykorzystać do ostrzegania o innych zbliżających się erupcjach w odległych wulkanach oceanicznych.
Naukowcy sugerują, że fala sejsmiczna została spowodowana pęknięciem w słabym obszarze skorupy oceanicznej pod ścianą kaldery wulkanu. To pęknięcie umożliwiło przedostanie się wody morskiej i magmy do przestrzeni nad podpowierzchniową komorą magmową wulkanu i zmieszanie się z nią, gwałtownie rozpoczynając erupcję.
Wyniki badań opublikowano w Geophysical Research Letters, ogólnodostępnym czasopiśmie AGU, które publikuje niezwykle efektowne raporty w krótkim formacie, mające natychmiastowe implikacje dla wszystkich nauk o Ziemi i kosmosie.
Wyniki opierają się na wcześniejszych pracach badaczy monitorujących odległe wulkany. W tym przypadku falę Rayleigha, rodzaj fali sejsmicznej przemieszczającej się po powierzchni Ziemi, wykryto 750 kilometrów od wulkanu.
„Wczesne ostrzeżenia są bardzo ważne dla łagodzenia skutków katastrof” – stwierdziła Mie Ichihara, wulkanolog z Uniwersytetu Tokijskiego i jedna ze współautorek badania. „Wulkany na wyspach mogą generować tsunami, które stanowią poważne zagrożenie”.
Cichy prekursor gwałtownej erupcji
Hunga Tonga-Hunga Ha'apai to wulkan oceaniczny w zachodnim Pacyfiku w Królestwie Tonga. Góra podwodna powstała w wyniku subdukcji Płyty Pacyfiku pod Płytę Australijską w procesie, który generuje magmę i prowadzi do erupcji.
15 stycznia 2022 r. wulkan wybuchł z rekordową energią, wyrzucając parę wodną do stratosfery 58 000 basenów olimpijskich, wywołując niespotykaną dotąd burzę z piorunami i generując tsunami. Ta potężna erupcja została poprzedzona mniejszą erupcją 14 stycznia, a wcześniej miesiącem aktywności erupcyjnej.
Naukowcy wciąż debatują nad dokładnym czasem rozpoczęcia erupcji, chociaż większość zgadza się, że erupcja rozpoczęła się wkrótce po godzinie 4:00 uniwersalnego czasu koordynowanego (UTC). Nowe badanie donosi o fali Rayleigha, która rozpoczęła się około 3:45 czasu UTC.
Naukowcy wykorzystali dane sejsmiczne do analizy fali Rayleigha, która została wykryta przez instrumenty, ale nie była odczuwalna przez ludzi, na stacjach sejsmicznych na wyspach Fidżi i Futuna. Chociaż fale Rayleigha są częstą cechą erupcji wulkanów i trzęsień ziemi, naukowcy uważają, że fala ta oznaczała wydarzenie poprzedzające i możliwą przyczynę masowej erupcji.
„Wiele erupcji poprzedza aktywność sejsmiczna” – powiedział Takuro Horiuchi, absolwent wulkanologii na Uniwersytecie Tokijskim i główny autor badania. „Jednak takie sygnały sejsmiczne są subtelne i można je wykryć jedynie w promieniu kilku kilometrów od wulkanu”.
Dla kontrastu, ten sygnał sejsmiczny przebył dużą odległość, wskazując na ogromne zdarzenie sejsmiczne. „Uważamy, że w czasach prekursora rozpoczęły się niezwykle duże ruchy” – powiedział Horiuchi.
Tajemnice gór podwodnych
Naukowcy być może nigdy nie dowiedzą się dokładnie, co spowodowało gigantyczną erupcję „tworzącą kalderę”, ale Ichihara uważa, że proces ten nie był natychmiastowy. Zamiast tego uważa, że to poprzedzające wydarzenie było początkiem podziemnego procesu, który ostatecznie doprowadził do erupcji.
Ustalenie pochodzenia tych rzadkich, kolosalnych erupcji może być jednak trudne.
„Zaobserwowano bardzo niewiele erupcji prowadzących do powstania kaldery, a jeszcze mniej jest obserwowanych erupcji prowadzących do powstania kaldery w oceanie” – powiedział Ichihara. „To daje jeden scenariusz procesów prowadzących do powstania kaldery, ale nie powiedziałbym, że jest to jedyny scenariusz”.
Niezależnie od tego wykrycie wczesnych sygnałów erupcji może dać krajom wyspiarskim i obszarom przybrzeżnym cenny czas na przygotowanie się na nieuchronne tsunami – nawet jeśli sygnału nie można wyczuć na powierzchni.
„W momencie erupcji nie pomyśleliśmy o wykorzystaniu tego rodzaju analiz w czasie rzeczywistym” – powiedział Ichihara. „Ale może następnym razem, gdy pod wodą nastąpi znacząca erupcja, lokalne obserwatoria będą w stanie rozpoznać ją na podstawie swoich danych”.