Когда 15 января 2022 года взорвался вулкан Хунга-Тонга-Хунга-Хапаи в Тонга, вызвав звуковой удар, который был слышен даже на севере Аляски, ученые сразу же поняли, что стали свидетелями истории.
"По геофизическим данным, это самый большой природный взрыв из когда-либо зарегистрированных", - говорит Рики Гарза-Гирон, геофизик из Калифорнийского университета в Санта-Крузе.
Оно также вызвало цунами, которое пронеслось по Тихому океану, убив двух человек в Перу. Между тем, стихийное бедствие разрушило Тонга и привело к гибели четырех человек на архипелаге. Несмотря на трагичность ситуации, эксперты ожидали, что событие такого масштаба приведет к новым жертвам. Почему же этого не произошло?
Безусловно, подготовка страны к стихийному бедствию заслуживает большой похвалы. Но характер самого извержения и то, как порожденное им цунами распространилось по островам Тонга, также спасло Тонга от худшего исхода, согласно исследованию, опубликованному сегодня в журнале Science Advances. Объединив полевые наблюдения с данными беспилотников и спутников, группа исследователей смогла воссоздать это событие с помощью моделирования.
Спутники запечатлели взрывное извержение вулкана Хунга-Тонга-Хунга-Ха'апай. Национальная служба спутниковых данных и информации о состоянии окружающей средыЭто еще один способ, с помощью которого ученые изучили, как это извержение потрясло Тонга и весь мир. В течение нескольких часов пепловый шлейф вулкана омывал страну и окружающие ее воды молниями больше, чем все остальные места на Земле вместе взятые. Извержение выбросило в небо достаточно водяного пара, чтобы увеличить его количество в стратосфере примерно на 10 процентов.
Извержение вызвало ударные волны в земле, воде и воздухе. Когда Гарза-Гирон и его коллеги измерили эти волны, они обнаружили, что извержение высвободило на порядок больше энергии, чем извержение вулкана Сент-Хеленс в 1980 году.
"Он буквально звонил по Земле, как колокол", - говорит Сэм Пуркис, геофизик из Университета Майами во Флориде и Фонда Халеда бин Султана "Живые океаны". Пуркис является первым автором новой работы.
Цель симуляции - представить возможный ход событий. Пуркис и его коллеги начали с определения временной шкалы. Ученые согласны с тем, что извержение вулкана происходило в виде последовательности из нескольких всплесков, но они не согласны с тем, когда и сколько их было. Подтвердив показания свидетелей измерениями мареографов, группа исследователей предположила, что извержение состояло из пяти взрывов, сила каждого из которых неуклонно возрастала вплоть до кульминационного пятого взрыва мощностью 15 мегатонн, эквивалентного водородной бомбе.
Затем авторы смоделировали, что эти взрывы могли сделать с океаном, и насколько страшными были порожденные ими волны, которые обрушились на другие острова Тонга. Моделирование показало, что остров Тофуа, расположенный примерно в 55 милях к северо-востоку от места извержения, пострадал сильнее всего: на него обрушились волны высотой более 100 футов.
Но есть одно спасительное обстоятельство: Тофуа необитаем. Моделирование также помогает объяснить, почему столица и крупнейший город Тонга, Нукуалофа, смог избежать удара цунами. Он расположен всего в 40 милях к югу от извержения и, по-видимому, испытал гораздо более слабые волны.
Команда исследователей считает, что отчасти в этом виновата география. Тофуа, вулканическая кальдера, находится в глубоких водах и имеет резкие гористые берега, которые не защищают от надвигающегося цунами. В то же время Нукуалофа окружен более мелководными водами и лагуной, что позволяет цунами вытеснять меньше воды. Возможно, коралловые рифы также помогли защитить город от цунами.
По словам Пуркиса, исследователи считали, что рифы могут смягчать цунами, но у них не было реальных данных, чтобы показать это. "У вас нет реальных примеров, когда волны высотой в десятки метров ударялись бы о рифы", - говорит Пуркис.
Нам известны извержения вулканов, более сильные, чем Хунга-Тонга-Хунга-Хапай: например, Тамбора в 1815 году (который вызвал "Год без лета") и Кракатау в 1883 году. Но они произошли до 1960-х годов, когда геофизики начали развертывать всемирную сеть датчиков и спутников, которые они могут использовать сегодня.
В конечном итоге, пишут авторы исследования, это извержение привело к "счастливой случайности". Оно произошло при самых необычных обстоятельствах: Во время извержения Тонга закрыла свои границы из-за Ковид-19, что сократило число иностранных туристов, посещающих острова. Ученые считают это еще одной причиной низкого числа погибших. Но из-за тех же закрытых границ ученым пришлось подождать, чтобы получить данные.
Пепел над южной частью Тихого океана можно увидеть из космоса. НАСАОтчасти поэтому эта работа появилась спустя 15 месяцев после извержения. Другие ученые уже смогли смоделировать цунами, но Пуркис и его коллеги подкрепили свою работу данными с земли. Это не только помогло им восстановить хронологию событий, но и подтвердить результаты моделирования данными измерений, полученными более чем в 100 местах вдоль побережья Тонга.
Команда исследователей утверждает, что извержение служит "естественной лабораторией" для изучения активности Земли. Понимание этого цунами может помочь людям спланировать, как уберечься от них. Существует множество других вулканов, подобных Хунга-Тонга-Хунга-Хапай, а вулканы, расположенные под водой, могут опустошить прибрежные населенные пункты, если извергнутся в неподходящий момент.
Гарза-Гирон рад возможности сравнить результаты нового исследования с результатами предыдущих исследований, таких как его собственное, о сейсмической активности, в дополнение к другим источникам данных, таким как звуки океана, чтобы создать более полную картину того, что произошло в тот день.
"Не так часто мы можем наблюдать, как Земля действует как целая система, где атмосфера, океан и твердая земля определенно взаимодействуют", - говорит Гарза-Гирон. "Для меня это было одной из самых интересных вещей в этом извержении".