Как "детективи от морското дъно" разкриха тайните на най-големия подводен вулкан в света

Когато през януари 2022 г- изригва вулканът Hunga Tonga-Hunga Ha'apai, това е най-голямото изригване, регистрирано някога с помощта на съвременните технологии.

Взривът, оценен като стотици пъти по-силен от ядрения взрив в Хирошима, е чут в Аляска, на повече от 10 000 км. Шлейф от пепел, дим и вулканични вещества се издигна на 58 км във въздуха, а в най-горния атмосферен слой на Земята, на границата на космоса, бяха регистрирани ветрове със скорост на ураган.

След това се появиха и вълните: предупреждения за цунами бяха издадени в близките тихоокеански островни държави Фиджи, Самоа и Вануату, както и в по-далечни страни - Нова Зеландия, Япония, Перу, САЩ и Канада. Последвалото цунами опустошава Тонга с вълни с височина до 15 метра, убивайки трима души и причинявайки щети на стойност около 90,4 милиона долара.

Сега екип от изследователи е завършил най-пълното досега проучване на събитието, като потвърждава, че са се разместили почти 10 квадратни километра морско дъно - което се равнява на 2,6 милиона олимпийски басейна и е с една трета повече от първоначалните оценки.

Въпреки това те установиха, че само три четвърти от този материал е бил отложен в район на 20 км от вулкана, което означава, че значителна част от него не е отчетена. Новозеландският Национален институт за изследване на водите и атмосферата (NIWA), който е провел изследването, смята, че липсващите отломки могат да се обяснят отчасти със "загуба от въздуха", поради което не са били забелязани, докато не е приключило подробното картографиране. Материалът е бил изстрелян в небето и е останал в атмосферата, циркулирайки в продължение на месеци, което обяснява защо не се е намирал на морското дъно.

Но за изследователите остава неясно защо изригването е било толкова експлозивно.

Някои от отговорите идват от по-ранна експедиция, също проведена от NIWA, която картографира морското дъно около Хунга Тонга-Хунга Хаапай.

 Изследовател на морското дъно

Ерика Испан е техник по морска геология в NIWA и член на експедицията, която тръгна през април. Описвайки себе си като "детектив на морското дъно", Испания използва високотехнологични ехолокационни устройства, за да търси подводни вулкани, и събира улики за "спусъците", които влияят на подводните изригвания.

На борда на RV Tangaroa, изследователски кораб на NIWA, оборудван с най-съвременна технология за подводно наблюдение, Испания имаше двойна роля: работеше с многолъчевия апарат и вземаше проби от кал и скални утайки от морското дъно.

Многолъчевият ехолот "изпраща акустични импулси, за да картографира морското дъно в 3D формат", казва Испания и го сравнява с ехолокацията, която използва делфинът. "Разполагаме с хидрофони, които приемат ехото, и по него можем да определим колко дълбоко е морското дъно и да си съставим представа за неговата форма и геометрия. "

Вулканичният конус е висок само 100 метра и се намира на малък остров в Тихия океан, а преди изригването Хунга Тонга-Хунга Хаапай не е бил много интересен. Под повърхността обаче вулканът е широк над 20 километра и дълбок близо 2 километра.

 Продължаващата нестабилност в калдерата означаваше, че екипажът не може да изследва отвора на вулкана - затова вместо това беше изпратен кораб без екипаж на повърхността. Управляван дистанционно от SeaKit, базиран в Обединеното кралство на 16 000 км от Тонга, 12-метровият (40 фута) робот откри, че калдерата се е срутила и сега се намира на 700 метра под повърхността.

Общо бяха сканирани 22 000 квадратни километра от морското дъно. Части от морското дъно около Хунга Тонга-Хунга Хаапай вече са били картографирани и чрез сравняване на картите на морското дъно преди и след изригването "можем да започнем да изграждаме по-добра представа за това какви биха могли да бъдат тези фактори", казва Испания.

Експлозивни находки

Резултатите от експедицията изненадват екипа, казва Испания. Те са очаквали, че огромното изригване ще остави много вулканични отломки на морското дъно, но в действителност "вулканът изглеждаше много подобно на това, което е изглеждал преди десетилетия", казва Испания.

Вместо да спре в океана, "голяма част от този вулканичен материал се издигна направо в стратосферата", казва Испания.

 Несъответствието между размера на срутването на калдерата и отломките на морското дъно насочва към друг фактор за експлозията: горещата магма от вулкана е взаимодействала с хладната морска вода, за да създаде пара. "Парата заема хиляда пъти по-голям обем от водата", казва Испания. "Това донякъде обяснява защо е било толкова изригващо. "

Резултатите от данните, събрани преди, по време на и след изригването, сочат към "множество механизми", които се случват едновременно, казва Емили Лейн, учен по хидродинамика в NIWA и член на експертната група по цунами в Нова Зеландия.

Първоначалното изригване изхвърля водата от пътя си, предизвиквайки локални вълни. Но промените във въздушното налягане засилват тези вълни, създавайки метеотсунами, което се движи със скорост, по-голяма от тази на звука - и в случая с Хунга Тонга-Хунга Хаапай "това е предизвикало вълна на налягане, която е обиколила света три или четири пъти", казва Лейн.

Вълните се създават и от вулканичните отломки, които падат във водата, и от срутването на калдерата - казва Лейн.

NIWA вече разполага със система за предупреждение за цунами, като на морското дъно около Нова Зеландия и в южната част на Тихия океан са разположени сензори, които следят морското равнище, приливите и отливите, както и съобщават за аномалии. А сега данните, събрани от Тонга, могат да помогнат за усъвършенстването на тези сензори - казва Лейн.

"Това събитие наистина промени разбирането ни за вулканичните цунами, защото за първи път успяхме да получим съвременни измервания на случилото се", казва Лейн.

 И макар че картата на морското дъно даде на изследователите по-добра представа за изригването в Хунга Тонга-Хунга Хаапай, тя допринесе и за по-голям проект: "Морско дъно 2030" - глобална инициатива, ръководена от фондация "Нипон", която има за цел да картографира цялото морско дъно.

Тази карта на морското дъно може да помогне за идентифицирането на важни или уязвими екосистеми, казва Испания. Събраната информация може също така да помогне за възстановяването на заобикалящия океан и морската среда. За място като Тонга, където около 82% от населението се занимава с риболов за собствени нужди, разбирането на въздействието на изригванията върху водния живот е от жизненоважно значение.

"Не знаем достатъчно за океана и за нашето въздействие върху него, така че картографирането, наблюдението и разбирането му са изключително важни", казва Испания.