Hunga Tonga – Hunga Ha’apai vulkán katasztrofális kitörése…

A Himawari-8 nagy felbontású látható fény spektrumú képe, amint a kitörés pillanatában a kitörési felhő és a robbanás által keltett lökéshullámok látszottak a világűrből (szürkés, barnás lencseszerű forma a kép bal oldalán). https://himawari8.nict.go.jp/

2022. január 15-én olyan vulkáni eseménynek lehettünk szemtanúi, amihez hasonlót gyakran 50-100 évente érhetünk meg. Mi több, nemcsak magának a vulkánkitörésnek a tényével volt alkalmunk szembesülni, de azt a modern technológia jóvoltából megfigyelő műholdakról “élőben” követhettük és az információ a keletkezett lökéshullámokhoz hasonlóan szinte pillanatszerűen jutott el a világ minden internetre kötött pontjára, így Magyarországra is. Számos speciális közösségi oldal a világ több pontján szinte valós időben követte nyomon az eseményeket, hatalmas érdeklődést keltve, Magyarországon is. A kitörést követő pár nap alatt hatalmas információtömeg látszik felhalmozódni, melyek magyarázatára mind szakemberek mind a társadalom széles köre szinte azonnal ötletekkel áll elő, és információkat, megoldásokat vár. A következőkben pár gondolatban foglalom össze a látottakat, kicsit a szakember, kicsit a Csendes-óceán vulkánvilágában járatos, a régióban eltöltött két évtized alapján. Ugyan Tongán nem dolgoztam, de szinte a Csendes-óceán szigetvilágainak nagyrészében igen, és pont az ilyen típusú vulkánkitörések nyomainak felkutatására szenteltem vizsgálataim nagyrészét. Magán Tongán, kollégám és jó barátom Professzor Shane Cronin (Auckland Egyetem, Új-Zéland), akivel az elmúlt két évtizedben több óceániai kalandban is részt vettem, talán az egyedüli szakember, aki a tongai vulkánvilágban tevékenykedett. Mi több, ő és kutatótársai, többek között volt PhD diákom, Dr Marco Brenna (Otago Egyetem, Új-Zéland) a jelen kitörés előtt, a 2014 decembere végén lejátszódott úgynevezett Surtsey-típusú vulkánkitörés szülte új vulkánt is meglátogatták, ahol ugyan csak pár napot töltöttek, mégis az első komoly vulkanológiai megfigyeléseket tehették meg, jelentős mennyiségű mintát gyűjtve, melyek elemzésére mind a mai napig nem került sor. Ez azért is figyelemre méltó dolog, mert maga a kitörés helyszíne Tonga fő szigetétől, Tongatapu szigetétől – ahol a szigetcsoport fővárosa, Nuku’alofa is található – úgy 60 kilométerre található Hunga Tonga és Hunga Ha‘apai. A fővárosból halászhajók, néha jachtok hajózhatták körbe a szigeteket, de igazi geológiai expedícióra 2015 előtt nem került sor. Ez nem meglepő, hisz Tonga, pontosabban a Tongai Királyság nem egy gazdag ország, így a földtani megfigyelésekért felelős állami intézmény is külső adományokból működik, de legalább van (Tongai Geológiai Szolgálat), így nem sok erőforrásuk volt/van olyan szigetekre koncentrálni, ahol senki nem lakik, még ültetvények sincsenek vagy voltak, és úgy ránézésre is idős vulkáni sziklacsoportoknak tűntek. Tonga, geotektonikai helyzeténél fogva egy tipikus óceáni vulkáni szigetív, ahol egyik óceáni lemez a másik alá bukik és az alábukással párhuzamosan mészalkáli vulkanizmust produkáló vulkánok sorából áll. A Csendes-óceáni lemez nyugat felé bukik az Indo-Ausztrál óceáni lemez keleti peremének igen komplex szerkezetű részei alá, ahol kontinentális és óceáni kéregdarabok, kinyíló kisebb óceáni medencék és az ezek nyomában kialakuló hátságok és árkok a jellemző geotektonikai elemek. Alapvetően az óceán aljzatot a Tonga szigetvilág legdélebbi részétől észak felé, Szamoáig tartó vonalán egy egyre kiszélesedő vulkáni ív alkotja, ív mögötti medencéivel, rengeteg vulkánt és az azok lepusztulásából keletkező vulkanoklasztit ületéket felhalmozva. Az aktív vulkáni ív több tucat vulkánt tartalmaz, és csak merész becslések vannak arra nézve, hogy mennyi is van ezek között víz alatt. Bár geofizikai mérések bőven vannak a litoszféra szerkezetére nézve, főleg a lemezalábukási (szubdukciós) folyamatok értelmezése végett, részletes tengeraljzat térképek a megfelelő felbontással a víz alatti vulkánok azonosítására ritkák. A Tonga vulkáni ív dél felé, nagyjából a Louisville hátságtól délre egy kisebb ugrást követően a Kermadec hátságba vált, ahonnan különösen az elmúlt tíz év tengeraljzat vizsgálatai rengeteg új vulkáni szerkezetet azonosítottak vagy pontosították azok geomorfológiai képét. Csak a Kermadec ív déli részén, Új-Zéland közelében 23 víz alatti vulkánt sikerült eddig azonosítani. Ez a szám nagyságrendekkel nagyobb lehet az egész Tonga-Kermadec ívre vetítve.

A fenti információk tükrében felmerül, hogy miért érte a 2022. január 15-i kitörés szinte sokkhatással a kutatókat és az átlagembert. Ennek egyik szakmai magyarázata az lehet, hogy bármily furcsán hangzik is, a déli Kermadec ívet leszámítva, talán kevesebb, mint 10 vulkanológiai jellegű komoly tudományos publikáció jelent eddig meg erről az aktív területről, azok fele is a Hunga Tonga – Hunga Ha‘apai vulkán 2014-es kitörését követően, vagy éppen Professzor Cronin munkáságának köszönhetően a Tofua vulkán mafikus ignimbritjeinek és az azt létrehozó vulkánkitörések lehetséges klíma befolyásoló hatására fókuszálva. Ez utóbbi munka amúgy része annak a kutatássorozatnak az 1990-es évektől számítva, melyek egy misztikus 1452-es (1425 – 1456 adat is létezik) kitörés helyét próbáltak megkeresni, melyet a Kuwae eseménnyel hoznak kapcsolatba. Kuwae a mai Vanuatu szigetvilágban található, Epi és Tongoa szigetek között, ahova e misztikus kitörés forrását helyezik, és ott több évet kutatva térképeztem a kitörés vulkáni üledékeit, melyek egyértelműen egy intenzív, a Hunga Tonga – Hunga Ha‘apai 2022. január 15-i kitörésével tökéletes analógiába hozható robbanásos kitörés eredményezhetett, bár véleményem szerint az nem valószínű, hogy globális lehűlést okozhatott volna, ezért is került később Tofua az érdeklődés középpontjába.

A fenti gondolatsorok így is kitűnően érzékeltetik, hogy a régió vulkanológiai ismeretei igen hiányosak, a legtöbb geológiai kutatás geodinamikai modellekre vagy puszta geokémiai vizsgálatokra szorítkozott, szinte teljesen megfeledkezve a vulkanológiai kép megértését, pláne annak az előző két fontos megközelítéssel való keverését. Ilyen tudományos előzmények után nem csoda, hogy a most történt vulkán kitörés szinte sokkolta mind a szakembereket mind a társadalmat globális szinten. Pedig a jelek ott voltak. Professzor Shane Cronin még a 2014-es Hunga Tonga – Hunga Ha‘apai kitörést követően vette a fáradságot, és nemcsak a friss kitörési termékekre koncentrált, hanem az új tufa gyűrű/tufa kúp mintázása mellett legalább egy felderítő jellegű térképezést is végrehajtott a két idősebb szigeten, melyek között az új vulkáni felépítmény egy elzárt krátertóval felépült. És itt jött az első meglepetés! A szelvények azt mutatták, hogy nemhogy egy, de több teljesen hasonló, de időben jól elkülöníthető tefra (nem konszolidált laza vulkáni törmelék) egység volt azonosítható. Sajnos a kürtőhöz túl közeli képződmények nem éppen a legjobbak arra, hogy egy kitörési esemény pontos időrendjét megállapítsuk, hisz túl közel vagyunk a kitörés központjához, és a felhalmozódó rétegsorok gyorsan változnak mind laterálisan mind vertikálisan, és a lerakodó tefrára nagy hatással van a kürtődinamika is (pl. éppen milyen geometriájú volt a kürtő az adott esemény idején). Ilyen kürtőközeli szelvények viszont kitűnőek annak dokumentálására, hogy a magma fragmentációja milyen volt, és itt jött a második meglepetés, mely szerint a magma-víz robbanásos kölcsönhatása, a hidromagmatizmus hatása szinte végig követhető volt. A vulkáni események pontos követésére Professzor Cronin csapata az új szigeteken történt térképezés és mintázás után azonban kíváncsiságból kicsit jobban körülnézett Tongatapu szigetén is, és ott találtak is egy olyan tefra réteget, mely kb. 1000 évvel ezelőtt rakódhatott le, és annak előzetes vizsgálatai alapján nagy valószínűséggel a Hunga Tonga – Hunga Ha‘apai egy korábbi kitöréséből származhatnak. Mindez azt jelenti, hogy Tonga főszigete, Tongatapu a múltban többször is áteshetett a mostanihoz hasonló vulkánkitörés okozta pusztításon. Mivel Tonga az emberiség egyik legrégebbi királysága, legalább 4000 évre visszavezethető a szigetcsoport benépesülése, igen valószínű, hogy ezek az események beépülhettek a kulturális viselkedésformákba, talán éppen legendákba is, amiket érdemes lenne kicsit jobban megvizsgálni, mint ahogy tettük is azt Szamoán és Vanuatun az elmúlt évtizedekben, érdekes eredményeket találva. Összességében elmondható, hogy a 2022. január 15-i kitörés tökéletesen beleillik abba az egyelőre igen kevés konkrét adatra épülő képre, hogy a vulkáni ív ezen szakaszán is lehettek jelentős kitörések a múltban, és azok pont olyanok lehettek mint amit most láttunk vagy amire a földtani adatokból következtethetünk itt vagy a Csendes-óceán más térségében.

Hogy pontosan hogyan is történt a kitörés, mára már hihetetlen mennyiségű információ terítetté a világhálót, beleértve a közösségi médiát. A 2022. január 15-i hatalmas robbanást megelőzően a 2014-ben született új vulkán több hasonló többnyire hidromagmatikus robbanásos kitörést produkált. Valószínűleg a forró magma és a közvetlen felszín alatti vizek (pl. a laza hamu és lapilli felépítményen átszivárgó víz) kölcsönhatása során inkább freatomagmás (hidrovulkáni kitörések azon formája, ahol a magma és felszín alatti víz kölcsönhatása a robbanás energiáját biztosító folyamat) kitörések történtek. A hirtelen felforrósított víz egy túlfűtött vízgőz film réteggel boríthatta be a kitörést tápláló olvadékot, ami fokozatosan keveredve a vízzel (és a nedves tefrával) egyre nagyobb kontakt felületet hozott létre. Amint ez a felület egy külső sokkhatásra (pl. valami beomlott a kürtőbe, vagy éppen volt egy kisebb földrengés) összeomlott, megállíthatatlan láncreakciót indított el a gőz hirtelen kitágulása letépve a magma darabkáit, egyre mélyebbre hatolva a magmatestbe, majd a hirtelen tágulás hatására a szemcsék a kürtőből hatalmas robbanással távoztak, hamufelhőt alkotva. Azokon a helyeken, ahol jelentősebb felhajtóerő hatott, egész sárszerű kilövéseket létrehozva kakastaréjszerű sötét kitörési felhő alakult ki, míg a kondenzálódó gőz fehér, felfelé gomolygó kitörési oszlopot hozott létre. Ezek a kitörési oszlopok néhány kilométeres esetleg 10 kilométer magasságra repíthették az anyagot, ekkor még nem is gondolva arra, hogy ez csak a nagy robbanás előjátéka.

A Hunga Tonga-Hunga Ha’apai vulkán kitörési oszlopa a nagy erejű robbanás kezdetén 2022. január 14-én a Tongai Geológiai Szolgálat felvételén: https://www.facebook.com/tongageologicalservice

2022. január 15-én azonban egy hihetetlen, nagy erejű robbanás történt, ami több mint 20 km magasra juttatta a hamut (2022. január 19-i nyilatkozatok szerint akár 38 km magasság is lehetett), és pillanatok alatt egy több mind 200 kilométer széles (egyes becslések szerint 260 km) kitörési felhőt hozott létre, mint amilyet atomrobbantásokkor láthattunk korábbi felvételeken. A robbanás során egy a felszínnel párhuzamosan mozgó alapi torlóár is megfigyelhető volt, mely egy hangrobbanást is okozva hirtelen kondenzációt okozott, egy pillanatra fehérre váltva a kitörési felhőt. Majd a kitörési felhő viszonylag gyorsan szerteoszlott a légkörbe, megtartva csak az igen finom hamu lebegő szemcséit. Ezt az egész robbanást műholdról sikerült is felvenni. A hanghatás a 2000 km-re található Új-Zélandon, de még a 9600 km-re lévő Alaszkán is hallható volt, és most már tudjuk, hogy az atmoszferikus lökéshullám megkerülte a Földet, és Magyarországon is érezhető volt.

A Himawari-8 űrfelvétele alapján készült sorozatfelvétel, amint a kitörési felhő növekszik a kitörés első perceiben.

Az egész robbanás nagyon hasonló volt a Krakatau 1883-as kitöréséhez. A kitörést a Pinatubo 1991-es kitöréséhez hasonlítják nagyságrendben, bár az előzetes adatok alapján azért az látszik valószínűnek, hogy ez a kitörés úgy egy magnitúdóval kisebb lehetett. Az ún. VEI vagy vulkáni robbanásossági index megadása azért itt nem olyan egyszerű, mert a tefra nagy része az óceánba hullott, így nehéz megállapítani annak elterjedését és lehetséges vastagságát. Az első helyszíni jelentések arról számolnak be, hogy ugyan a közeli szigeteket teljesen befedte a hamu, az csak egy vékony filmszerű réteget alkot. Az azonban biztos, hogy az egyik legnagyobb kitöréssel állunk szemben az elmúlt 30 évben.

A kitörés egyszerűsített összefoglalója, mely mutatja, hogyan változott meg a sziget a robbanás hatására, gyakorlatilag elpusztítva a 2014-től épülő tufa kúpot, visszaállítva az eredeti helyzetet, ahogy a két különálló szigetet korábban ismertük. Forrás: Al Jazeera Graphics

Mivelhogy a Pinatuboval hozták kapcsolatba ezt a kitörést, rögtön felvetődött, hogy valószínűleg globális lehűlést hozhat ez a kitörés. Egyelőre úgy tűnik, hogy ennek nagyon kicsi az esélye, hisz lényegesen kevesebb SO2 szabadult fel, mint a Pinatubo esetében, és maga a vulkán a déli 30. szélesség magasságában található, ahonnan lényegesen nagyobb magasságba és hosszabb ideig kell a nagymennyiségű üvegház hatású gázokat a légkör magas rétegeibe „pumpálni”. Összehasonlításképpen, a Vanuatun található Kuwae vulkán esetében is, ahol indirekt számítások szerint akár még elegendő mennyiségű SO2 kerülhetett az atmoszférába, a kitörési oszlop is lényegesen magasabbnak lett becsülve a tefra eloszlás alapján, és Kuwae lényegesen közelebb van az egyenlítőhöz, a globális lehűlés elérésére csekély esély lehetett.

A kitörést követően cunami is keletkezett. Ez a cunami a 65 km-re lévő Tongatapu szigetét úgy 20 perc alatt érte el, és 30 – 120 cm magas hullámot keltett, mely az amúgy alacsony szigeten (átlagosan alig 10-20 méterrel vannak a tengerszintje felett) természetesen „átmosta” a partvidéket komoly károkat okozva. A cunami magasságának értékére a Tongai Kormány 2022. január 18-19-én, az első kitörést követő megfigyelésekre alapozva, már 12 méter magas hullámot közölt, bár ezt az értéket óvatosan kell kezelni, és valószínűleg csak a részletes terepbejárások után lehet majd pontosabb adatokat látni. Ez a cunami hullám azonban átment a Csendes-óceán medencéjén majd 2 méter magas hullámokat is keltve. Ezt sokan szinte azonnal a kitörést követő víz alatti kaldera összeomlással hozták kapcsolatba. Azonban egyelőre erről nincs semmi bizonyítható adat. Mi több, maga a hirtelen nyomásváltozás (a lökéshullám), ami a normál hullámtevékenységet felerősíthette, pont ilyen nagyságrendű és lefolyású cunami hullámokat okozhat. Általában nagyon nehéz jelentős méretű cunami hullámot kelteni pontforrásból, úgymond tengeraljzat „beszakadással”. Erre rengeteg tanulmány született többek között a Kikai kaldera (Japán) 6300 évvel ezelőtti kitörésének vizsgálata során, ahol bizonyítottan volt egy jelentős kalderabeszakadás. A cunami hullám az eddigi adatok alapján sokkal inkább a cunamik egyik speciális fajtájával állhatunk szemben, amit rissagának neveznek, ahol az atmoszferikus lökéshullám „löki” a vizet szét. Ilyen rissaga eseményt a Krakatau 1883-as augusztus 28-29-es kitörése során is megfigyeltek, mi több akkor a rissaga elérte a kb. 7000 kilométerre lévő Új-Zélandot is kb. 30 órával a robbanást követően, ahol a legnagyobb hullám is 1,2 m maximális magasságban volt regisztrálva. A tongai kitörés cunami hulláma a kb. 2000 km-re lévő Új-Zélandra már csak alig 50 cm magasságú hullámot produkálva jutott el. Fontos megjegyezni, hogy a kitörés idején a Cody kettes kategóriájú trópusi ciklon volt a térségben, ami jelentős árapály-hullám növekedést okozva vonult végig a térségen délkelet felé.

A Himawari-8 űrfelvétele a kitörés maximumán, amikor a katasztrofális robbanás által keltett hamufelhő maximum magasságát éri el, de már a nyugati irányú magaslégköri áramlatok kezdik elsodorni a finomhamut Ausztrália felé. A képen jól látható a kettes kategóriájú Cody trópusi ciklon örvénye, mely a térségben komoly meteorológiai esemény volt a kitörés időszakában. A ciklon a kitörés napján már Új-Zéland keleti partjai felé tartott, jelentős árapály hullámokat okozva.

Négy nappal a kitörés után az első kutató repülések azt mutatják, hogy Tongatapu jelentős részét befedte a hamu, bár annak vastagsága cm-ben mérhető (a légifelvételek alapján). A cunami egyértelműen komoly pusztítást okozott a partvidéken, bár a hamuhullás úgy tűnik nem okozott károkat. Ez azért azt jelenti, hogy annak mennyisége nem olyan jelentős, mint azt korábban becsülték. A kitörés során számos lebegő horzsakő szigetet figyeltek meg a térségben, illetve az biztos, hogy a Tongataputól kb. 35 km-re futó internetkábel megkárosodott, és Tonga legalább 2 hétig minden elektronikus kapcsolat nélkül marad. A humanitárius segítség megindult, bár egyelőre egy három személy (január 18. adat) halálán kívül nem tudunk további áldozatokról, de ez változhat amint a kommunikáció helyreáll.

Nyilván felmerül a kérdés miért nem indult meg a segítség eddig? Egy, a reptér hamuval fedett, így amíg az nincs megtisztítva, nem tud leszállni egyetlen nagy gép sem. Kettő, a levegő finomhamu tartalma továbbra is jelentős, ami a légiközlekedést lehetetlenné teszi. Három, a vulkán továbbra is mutat aktivitást, így a térségbe hajóval sem szerencsés belépni. Ami úgy tűnik komoly gond, hogy a néhány milliméteres hamu is a termények jelentős részét megsemmisíti, az ivóvíz rendszert alapjaiban tette tönkre, így a lakosság komoly veszélynek van kitéve.

Mégis miért volt ez a kitörés ilyen energetikus? A kérdés mindenképp a magma és víz robbanásos kölcsönhatásában keresendő. Ez a kölcsönhatás nem egy lineáris összefüggés, azaz van egy olyan ideális vagy kritikus tartomány, ha az az arány lép életbe, akkor maximális energia leadást, azaz maximum energiájú robbanást tudunk létrehozni. Ez rengeteg paramétertől függ mind a magma fiziko-kémiai viszonyait illetően, mind a környezet paramétereit tekintve. Röviden, a túl kevés vagy túl sok víz vagy vizes üledék rontja a robbanás hatásfokát. Ugyanígy a túl sok magma, de a túl kevés sem jó, illetve az sem lényegtelen, hogy egy friss, forróbb és gázdúsabb, vagy egy éppen lehűlő és kigázosodott magma lép kölcsönhatásba. Előzetesen azt gondolták, hogy a 150-200 méteres vízmélység ideális ehhez a típusú magmához, magma-mennyiséghez, és magma feláramlási sebességhez. Ez a víz mélység azonban túl soknak tűnik, és eddigi ismereteink alapján ilyen körülmények között a fentebb leírt hidromagmatikus folyamat kérdéses, hogy működik-e. Ehhez a vízmélységhez sokkal inkább a Surtseynél (Izland 1963) megfigyelt kitörés mechanizmus az esélyesebb. Ugyanakkor az is kérdéses, hogy a magma hol is tört a felszínre? Az eddigi űrfelvételek alapján nagyon úgy tűnik, hogy az a 2014-ben született új tufa kúp kürtőjéhez közel, azaz a felszínhez sokkal közelebbi helyen juthatott a vízzel kölcsönhatásba, ami már tényleg egy ideális kürtő kondíció valódi, igen energetikus hidromagmatikus folyamatok lejátszódásához. Ez véleményem szerint többek közt azt a közösségi médiában gyorsan elterjedt állítást is megkérdőjelezi, hogy ez a kitörés valóban vízalatti kitörésnek tekinthető. Véleményem szerint a maga a robbanás a 2014-15-ös vulkán kürtőjében felszín alatti sekély mélységű zónájában, talán sekély vízzel is fedett (a január 15-i robbanást megelőző kisebb robbanások a 2014-es tufa kúpot szinte teljesen megsemmisítették addigra), zónájában történhetett, ami laza, vízzel átitatott, jó víz vezető képességgel rendelkező hamu piroklasztitokból áll, ahol a víz viszonylag gyorsan utat találhatott a benyomuló magmához. Alapvetően ez a kitörés várhatóan jelentősen fog hozzájárulni ahhoz, hogy megértsük hogyan is működik egy Surtsey vagy olvadék-víz hűtés kölcsönhatás-vezette, tipikusan freatomagmás robbanásos kitörés, a kutatási téma szoros kapcsolatban van Jocelyn McPhie, Rebecca Carey és Ray Cas professzorok munkásságával a víz alatti vulkanizmus megértésében vagy éppen Bernd Zimanowski, James White, Greg Valentine, Alison Graettinger, Pierre Simon Ross vagy Volker Lorenz kutatásaihoz köthetők, melyek a maar vulkanizmusra koncentrálnak.

A fenti gondolat azt is jelenti, hogy érdemes lenne jobban elmélyedni a tongai kultúrában is, mert ismert, hogy rengeteg geokulturális információ van a helyi közösségek tradíciói között, mint az láthattuk Szamoán vagy Vanuatun. A helyi közösségekkel együtt megértve, tőlük tanulva, talán sikeresebben adható át, az amúgy nem egyszerű tudományos érvelés egy ilyen vulkáni katasztrófát kiváltó folyamatokról. Egy ilyen kétoldalú természeti katasztrófa megértés vezethet oda, hogy a közösségek, akik ott élnek kevésbé sebezhetőek, ha egy újabb hasonló esemény történik.

 

 

Németh Károly, az új-zélandi Massey Egyetem és az ELKH Földfizikai és Űrtudományi Kutatóintézet vulkanológia professzora

 

 

 

A tongai vulkánkitörés hatásait a FI műszerei is észlelték, bővebb információ itt olvasható.

 

Fontos írások a vulkán történetéről illetve a hidromagmatizmusról:

Cronin, S. J.,Brenna, M.,Smith, I. E. M.,Barker, S. J.,Tost, M.,Ford, M.,Tonga’onevai, S.,Kula, T., and Vaiomounga, R. (2017), New volcanic island unveils explosive past, Eos, 98, https://doi.org/10.1029/2017EO076589. Published on 26 June 2017.
https://eos.org/science-updates/new-volcanic-island-unveils-explosive-past

Németh K, Kósik S. Review of Explosive Hydrovolcanism. Geosciences. 2020; 10(2):44. https://doi.org/10.3390/geosciences10020044
https://www.mdpi.com/2076-3263/10/2/44