15 января катаклизмическое извержение подводного вулкана в южной части Тихого океана разрушило архипелаг Тонга, вызвало цунами по всему миру и создало звуковой удар, слышимый даже на Аляске.
Взрыв был зафиксирован множеством датчиков, расположенных на суше, в море и в небе. Две группы ученых опубликовали свои анализы этих данных 12 мая в журнале Science.
Одна группа пришла к выводу, что волны давления от этого события были сопоставимы по масштабу с волнами от мощного извержения Кракатау в Индонезии в 1883 году, которое вызвало облака пепла высотой до 50 миль и взрывы, которые на пике были слышны за 2 200 миль. Вторая группа исследовала, как волны давления привели к тому, что цунами пришли на отдаленные берега на несколько часов раньше, чем ожидалось. Эта информация может помочь ученым лучше понять процессы, лежащие в основе извержений, и улучшить системы раннего предупреждения о цунами, говорят исследователи.
"В современную цифровую эпоху не было ничего подобного", - говорит Робин Матоза, геофизик из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре и соавтор одной из статей. "Это действительно выдающееся событие".
Рэнди Сервени, метеоролог из Университета штата Аризона и докладчик по вопросам погоды и климатических экстремальных явлений во Всемирной метеорологической организации ООН, назвал эти две работы "увлекательной работой".
"Больше информации, которой мы располагаем сейчас, и дальнейший анализ имеющейся информации, надеюсь, поможет нам лучше подготовиться к будущим извержениям такого невероятного масштаба", - сказал он в электронном письме.
Вулкан, ответственный за все эти потрясения, находится в 40 милях от Тонгатапу, самого большого острова Тонга. Он имеет примерно 12 миль в поперечнике и увенчан кальдерой шириной 3 мили с двумя "губами", выступающими над водой. С 2009 по 2015 год вулкан Хунга пережил несколько незначительных извержений. В декабре прошлого года началась серия более сильных извержений, кульминацией которых стало мощное извержение 15 января, поднявшее в небо облако пепла более чем на 20 миль.
Команда Матозы, в которую вошли исследователи из 17 стран, изучала волны давления, испускаемые мощным извержением. Они собрали данные измерений, полученные с помощью сейсмометров, буйковых датчиков давления, гидрофонов, метеорологических спутников, приборов, регистрирующих изгиб радиоволн при прохождении через земную атмосферу, и многое другое.
В частности, исследователи сосредоточились на волнах Лэмба, которые представляют собой низкочастотные возмущения, распространяющиеся вдоль поверхности Земли примерно со скоростью звука. Сервени сравнивает это явление с поведением десерта, в котором есть жижа.
"Представьте себе взрыв на дне огромного контейнера, скажем, желе, и то, как пульсации давления сжатого желе будут распространяться горизонтально от места взрыва", - сказал он.
Волны Лэмба обычно охватывают всю глубину атмосферы, что позволяет исследователям отслеживать их с помощью различных датчиков как на земле, так и на спутниках, сказал Сиддхарт Кришнамурти, аэрокосмический инженер из Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене и соавтор статьи. "Амплитуда волны Лэмба, которую мы здесь наблюдали, была не настолько высокой, чтобы причинить ущерб, но она помогает нам понять распространение волн в атмосфере и характеристики самого извержения", - сказал он в электронном письме.
Он и его коллеги заметили, что волна Лэмба, выпущенная извержением Хунга, была настолько мощной, что в течение шести дней она несколько раз обогнула Землю. Команда пришла к выводу, что по размеру и пройденному расстоянию эта волна была на одном уровне с волной от печально известного извержения Кракатау в 1883 году и более чем в 10 раз превышала волну от извержения вулкана Сент-Хеленс в 1980 году.
"Это показывает, насколько экстремальным было извержение вулкана Хунга в январе 2022 года", - сказал Сервени. "Если бы извержение Хунга происходило в основном над уровнем моря (как извержение Кракатау), последствия были бы такими, каких не наблюдалось почти 150 лет".
Извержение Кракатау было зафиксировано примерно 50 метеорологическими барометрами, расположенными по всему миру, в то время как извержение Хунга было зафиксировано тысячами датчиков. Это дало ученым "беспрецедентный" глобальный набор данных для взрыва такого масштаба, говорит Матоза. В будущем он и его коллеги надеются углубить свое понимание извержения Хунги, используя данные с домашних метеостанций, принадлежащих не ученым по всему миру.
"Здесь есть реальный потенциал для сбора всех этих дополнительных данных, чтобы еще лучше охарактеризовать это волновое поле", - говорит он.
Подавляющее большинство цунами порождается землетрясениями. Системы раннего предупреждения основаны на этих типах волн и могут предсказать время их появления с точностью до минут, говорит Люси Роллан, геофизик из обсерватории Лазурного берега в Вальбонне, Франция, и еще один член команды Матозы. Однако цунами, возникшие в результате извержения Хунга, значительно отличались, первые волны пришли более чем на два часа раньше, чем обычно. Цунами включало в себя 4-футовые волны, которые достигли западного побережья США.
Во второй работе исследователи из Японии использовали математическое моделирование, чтобы выяснить, как волны Лэмба, порожденные извержением, могли повлиять на последующие цунами. В своем анализе команда использовала данные барометров, датчиков давления на морском дне (которые регистрируют проходящие над ним цунами) и глобальных прибрежных мареографов.
Ведущие волны двигались со скоростью около 300 метров в секунду (671 миля в час). За ними следовали волны со скоростью около 200-220 метров в секунду (447-492 мили в час), что соответствует типичным скоростям, ожидаемым от цунами, связанных с землетрясениями, сказал Тацуя Кубота, сейсмолог из Национального научно-исследовательского института наук о Земле и устойчивости к стихийным бедствиям в Цукубе, Япония. Эти волнения продолжались более трех дней, что гораздо дольше, чем цунами, связанные с землетрясениями.
Кубота и его коллеги обнаружили, что волна Лэмба вызвала основной всплеск воды, а топографические особенности морского дна Тихого океана рассеяли эти волны, чтобы вызвать последующие длительные цунами. Характеристики вулканических цунами делают их более сложными и трудными для прогнозирования, чем цунами, вызванные землетрясениями, заключила команда.
"Одно из важных последствий, я думаю, заключается в том, [что] нам необходимо включить знания вулканологии и метеорологии в науку о цунами", - сказал Кубота в своем электронном письме.
Ролланд отметила, что работа ее команды также предполагает, что быстро движущийся импульс волны Лэмба способствовал возникновению необычных цунами.
"В отсутствие правильных знаний об источнике, оперативные системы раннего предупреждения о цунами давали неточные оценки угрозы цунами", - сказала она в электронном письме. "Поэтому крайне важно понять основные физические механизмы, полностью объяснить эти необычные наблюдения и адаптировать процедуры систем раннего предупреждения к извержениям вулканов".