Οι επιστήμονες αποκαλύπτουν πώς το ηφαίστειο της Τόνγκα προκάλεσε παγκόσμια τσουνάμι

Τον Αύγουστο του 1883, ένα ορεινό νησί στην Ινδονησία με το όνομα Krakatau, ή Krakatoa, αυτοκαταστραφεί. Οι επεισοδιακές ηφαιστειακές εκρήξεις κορυφώθηκαν σε μια έκρηξη που έστειλε συντρίμμια ύψους 80 χιλιομέτρων και έπνιξε 800.000 τετραγωνικά χιλιόμετρα της επιφάνειας της Γης σε διαβρωτική τέφρα. Καθώς μεγάλο μέρος του νησιού διαλύθηκε και εκτοξεύτηκε στη θάλασσα, ένα τσουνάμι σηκώθηκε και χτύπησε τα κοντινά νησιά Ιάβα και Σουμάτρα, προκαλώντας τους περισσότερους από τους 36.000 θανάτους της έκρηξης.

Ενώ η Ινδονησία έφερε το μεγαλύτερο μέρος της ζημιάς, η έκρηξη του Krakatau είχε μπερδεμένα αποτελέσματα σε όλο τον κόσμο. Κατά κάποιο τρόπο, μικρά τσουνάμι κυκλοφόρησαν στις ακτές των χωρών τόσο στον Ειρηνικό όσο και στον Ατλαντικό ωκεανό, παρόλο που δεν φαινόταν ότι το τσουνάμι του Krakatau θα μπορούσε να πηδήξει από τον Ινδικό Ωκεανό πάνω από ηπείρους και σε άλλες λεκάνες ωκεανών. Χωρίς οποιαδήποτε άλλη εξήγηση, οι επιστήμονες εκείνη την εποχή κατηγόρησαν αυτά τα μακρινά τσουνάμι σε συμπτωματικούς σεισμούς.

Αλλά οι γεωφυσικοί στις επόμενες δεκαετίες συνέχισαν να προβληματίζονται σχετικά με τα δεδομένα. Μια μελέτη από το 1955, για παράδειγμα, διαπίστωσε ότι τα μακρινά τσουνάμι συσχετίστηκαν με την άφιξη του κύματος πίεσης που διαδόθηκε προς τα έξω μέσω του αέρα από την έκρηξη. Οι συγγραφείς της μελέτης υπέθεσαν ότι είχε λάβει χώρα κάποιου είδους σύζευξη μεταξύ αυτής της ατμοσφαιρικής διαταραχής και του νερού. Οι προσομοιώσεις υπολογιστών το 2003 το υποστήριξαν περαιτέρω, δείχνοντας ότι το κύριο τσουνάμι του Krakatau, ακόμη και εκεί που έκανε το δρόμο του μέσα από κενά στις ηπείρους για να φτάσει τόσο στον Ειρηνικό όσο και στον Ατλαντικό ωκεανό, υστερούσε σε σχέση με τα μικροσκοπικά τσουνάμι σε μέρη όπως η Χαβάη, η Καλιφόρνια και η Αλάσκα. το οποίο αντί αυτού συγχρονίστηκε με το ταχύτερο κύμα πίεσης από την έκρηξη. (Ένα κύμα πίεσης του οποίου η συχνότητα βρίσκεται στο εύρος ακοής είναι γνωστό ως ήχος.)

Για να επιβεβαιώσουν την εικαστική ιδέα ότι ο ήχος ή τα κύματα πίεσης των ηφαιστείων θα μπορούσαν να προκαλέσουν τσουνάμι, οι επιστήμονες χρειάστηκαν να δουν μια άλλη εκδοχή του Krakatau να παίζεται σε πραγματικό χρόνο στη σύγχρονη εποχή — μια αμήχανη επιθυμία, σίγουρα.

Στη συνέχεια, στις 15 Ιανουαρίου 2022, ένα κυρίως βυθισμένο ηφαιστειακό καζάνι στον Νότιο Ειρηνικό με το όνομα Hunga Tonga-Hunga Ha‘apai εξαπέλυσε έναν εφιαλτικό βρυχηθμό. Το μανιτάρι σύννεφο στάχτης και το τοπικό τσουνάμι του κατέστρεψαν το αρχιπελαγικό Βασίλειο της Τόνγκα. Αν και προκάλεσε ελάχιστα θύματα, αυτό το ηφαίστειο έσπασε κάθε λογής ρεκόρ:Ανατινάχτηκε συντρίμμια στα δύο τρίτα της διαδρομής προς το διάστημα. Το σύννεφο τέφρας του παρήγαγε έως και 200.000 εκκενώσεις κεραυνών ανά ώρα. και η ίδια η έκρηξη ήταν μια από τις πιο ισχυρές που έχουν καταγραφεί ποτέ.

Όσον αφορά την κλίμακα και την ενέργεια της έκρηξης, το γεγονός της Τόνγκα ήταν «βασικά σαν το Κρακατόα 2», είπε ο Μάθιου Χάνεϊ, γεωφυσικός στο Παρατηρητήριο ηφαιστείων της Αλάσκας του Γεωλογικού Ινστιτούτου των ΗΠΑ. Ένα κράξιμο σαν πυροβολισμό ακούστηκε στο Anchorage, όπου εδρεύει ο Haney. «Είμαστε 6.000 μίλια μακριά. Θα μπορούσατε να ακούσετε μια ηφαιστειακή έκρηξη; Ουάου. Αυτό απλώς μου ταράζει το μυαλό."

Δεν ήταν μόνο ο ήχος του Hunga Tonga-Hunga Ha‘apai που έκανε τον γύρο του κόσμου. Ένα κύμα τσουνάμι, ύψους δεκάδων εκατοστών, εκτοξεύτηκε σε μακρινές ακτές σε ανόμοιες ωκεάνιες λεκάνες. «Δεν περιμέναμε αυτό το σήμα τσουνάμι στην Καραϊβική», είπε ο Paul Fanelli, ωκεανογράφος στην Εθνική Υπηρεσία Ωκεανών και Ατμόσφαιρας (NOAA).

Αυτή τη φορά, οι επιστήμονες πιστεύουν ότι έχουν βρει τη λύση. Όταν οι μετρητές ύψους κύματος σε όλο τον πλανήτη αντιστοιχίστηκαν με αντίστοιχους αισθητήρες πίεσης αέρα, έγινε σαφές ότι το κύμα πίεσης από την έκρηξη πρέπει να συνδεόταν με τις επιφάνειες πολλών ωκεανών και θαλασσών, να μετέφερε ενέργεια στο νερό και να δημιουργήσει μυριάδες τσουνάμι. P>

Αυτή η εξήγηση έλυσε ταυτόχρονα ένα μυστήριο 139 ετών για το Krakatau. «Δεδομένου αυτού που παρατηρήθηκε το 1883… είναι λογικό ότι αυτό θα συνέβαινε και τότε», είπε ο Γκρεγκ Ντούσεκ, φυσικός ωκεανογράφος στο NOAA. "Και τα δύο σύνολα παρατηρήσεων φαίνεται να συμφωνούν καλά."

Όμως, όπως συμβαίνει με όλες τις σαρωτικές επιστημονικές αποκαλύψεις, έχουν προκύψει νέα ερωτήματα. Πότε και γιατί τα κύματα πίεσης των ηφαιστείων κάνουν ταγκό με τα κύματα του ωκεανού; Γιατί τα μακρινά τσουνάμι της Τόνγκα εμφανίστηκαν μόνο κατά μήκος ορισμένων ακτών; Και πόσο ισχυρά και δυνητικά καταστροφικά θα μπορούσαν να γίνουν αυτά τα τσουνάμι;

Σχολή τσουνάμι

Κανονικά, για να κάνετε ένα τσουνάμι, πρέπει να σπρώξετε μεγάλη μάζα σε ένα υδάτινο σώμα για να την εκτοπίσετε. Οι σεισμοί το κάνουν αυτό με απλό τρόπο. «Τα τσουνάμι των σεισμών είναι πραγματικά, πολύ απλά», είπε η Έμιλι Λέιν, υδροδυναμική στο Εθνικό Ινστιτούτο Έρευνας Υδάτων και Ατμόσφαιρας της Νέας Ζηλανδίας. "Υπάρχει ένας σεισμός που συμβαίνει κάτω από το νερό, που προκαλεί στην πραγματικότητα την παραμόρφωση του πυθμένα της θάλασσας και αυτή η παραμόρφωση ταξιδεύει στην επιφάνεια του νερού και στη συνέχεια εκπέμπεται ως τσουνάμι."

Τα ηφαιστειακά τσουνάμι είναι πιο περίπλοκα. Τα συντρίμμια που εκτοξεύονται στο νερό ή εκτοξεύονται προς τα κάτω, η μερική ή πλήρης κατάρρευση του ίδιου του ηφαιστείου και οι υποβρύχιες εκρήξεις μπορούν όλα να εκτοπίσουν το νερό. Οι ερευνητικές εργασίες στον πυθμένα γύρω από το Hunga Tonga-Hunga Ha‘apai θα ανακαλύψουν τους επόμενους μήνες ποια διαδικασία ή συνδυασμός διεργασιών προκάλεσε το τοπικό, κλασικού τύπου τσουνάμι του.

Αλλά σχεδόν τρεις ώρες πριν από αυτό το μεγάλο τσουνάμι διασχίσει τον Ειρηνικό Ωκεανό και φτάσει στην Ιαπωνία, κορυφές μικρών κυμάτων έφτασαν στα νησιά Ogasawara, περίπου 1.000 χιλιόμετρα νότια του Τόκιο. Την ίδια μέρα, παρόμοιες κορυφές εμφανίστηκαν στην Καραϊβική Θάλασσα από το Πουέρτο Ρίκο έως το Μεξικό, ακόμη και στη Μεσόγειο Θάλασσα, 18.000 χιλιόμετρα μακριά από την έκρηξη.

Αυτά τα μικρά, γρήγορα κύματα θύμισαν σε ορισμένους επιστήμονες έναν λιγότερο συμβατικό τρόπο με τον οποίο η Γη μπορεί να κάνει τσουνάμι:χρησιμοποιώντας την ατμόσφαιρα.

Οι καταιγίδες μπορεί μερικές φορές να προκαλέσουν παρατεταμένες και σημαντικές ατμοσφαιρικές διαταραχές. Το 1929, ο Βρετανός μαθηματικός και ωκεανογράφος Τζόζεφ Προύντμαν υπέθεσε ότι αν μια διαταραχή κινηθεί με μια ορισμένη ταχύτητα πάνω από ένα υδάτινο σώμα, μπορεί να προκαλέσει κάτι που τώρα ονομάζεται συντονισμός Προύντμαν. Οι εξισώσεις του έδειξαν ότι το κύμα ατμοσφαιρικής πίεσης μπορεί να μεταφέρει ενέργεια στα κύματα του νερού, κάνοντάς τα μεγαλύτερα. Και όταν αυτά τα ενισχυμένα κύματα χτυπούν την ακτή, είναι γνωστά ως μετεοτσουνάμι.

Τα μαθηματικά του Προύντμαν έδειξαν τελικά ότι η μεταφορά ενέργειας από τον ουρανό στη θάλασσα είναι πιο αποτελεσματική όταν μια ατμοσφαιρική διαταραχή ταξιδεύει με την ίδια ταχύτητα με τα κύματα του νερού. Και η ταχύτητα των κυμάτων του νερού εξαρτάται από το βάθος του νερού.

Οι καταιγίδες τείνουν να παράγουν κύματα ατμοσφαιρικής πίεσης που ταξιδεύουν δεκάδες εκατοστά το δευτερόλεπτο, είπε ο Alexander Rabinovich, ειδικός στα μετεοτσουνάμι στο Ινστιτούτο Επιστημών των Ωκεανών στο Σίντνεϋ της Βρετανικής Κολομβίας. Με αυτή τη χαμηλή ταχύτητα, τα κύματα πίεσης αντηχούν με παρόμοια αργά κύματα νερού που βρίσκονται σε ρηχά υδάτινα σώματα για να πυροδοτήσουν μεγάλα μετεοτσουνάμι.

Αυτός είναι ο λόγος που εμφανίζονται δεκάδες φορές το χρόνο στα σχετικά ρηχά νερά της ανατολικής ακτής των ΗΠΑ, του Κόλπου του Μεξικού και των Μεγάλων Λιμνών, μερικές φορές με θανατηφόρο αποτέλεσμα:Ένα μετεοτσουνάμι ύψους 3 μέτρων στη λίμνη Μίσιγκαν το 1954 σκότωσε επτά Ανθρωποι. Σε σπάνιες περιπτώσεις, αυτά τα μετεοτσουνάμι μπορούν να συναγωνιστούν την απειλή των τσουνάμι που προκαλούνται από σεισμό:Το 1978, κύματα μετεοτσουνάμι ύψους 6 μέτρων τρομοκρατούσαν την πόλη του λιμανιού Vela Luka της Κροατίας, πέφτοντας πάνω της επανειλημμένα για αρκετές ώρες.

Τα τσουνάμι που προκλήθηκαν από την έκρηξη του Ιανουαρίου της Τόνγκα ήταν πολύ παρόμοια με τα μετεοτσουνάμι - όπως πολλοί ωκεανολόγοι, φυσικοί και ηφαιστειολόγοι συνειδητοποίησαν σχεδόν ομόφωνα λίγες ώρες μετά το εκρηκτικό ζενίθ του ηφαιστείου. «Όλη η μηχανική και η φυσική είναι αρκετά παρόμοια», είπε ο Έρικ Άντερσον, ερευνητής στη Σχολή Ορυχείων του Κολοράντο που μελετά τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ της υδρόσφαιρας, της κρυόσφαιρας και της ατμόσφαιρας. Εκτός από εδώ, υπάρχει μια βασική διαφορά. «Ολόκληρος ο πλανήτης επηρεάζεται», είπε ο Ραμπίνοβιτς.

Ο βρυχηθμός ακούγεται σε όλο τον κόσμο

Οι ερευνητές δεν συμφωνούν ακόμη σχετικά με τον συγκεκριμένο τύπο κύματος πίεσης ή συνδυασμό τύπων, που ευθύνεται σε αυτή την περίπτωση. Η έκρηξη της Τόνγκα προκάλεσε πολλαπλές ατμοσφαιρικές διαταραχές, συμπεριλαμβανομένου ενός βραχύβιου ωστικού κύματος και των ακουστικών κυμάτων που στριφογυρίζουν την υδρόγειο. Σπρώχνοντας πολύ αέρα προς τα πάνω έξω από το δρόμο της, η έκρηξη έκανε επίσης τα λεγόμενα κύματα ατμοσφαιρικής βαρύτητας. Αυτά δημιουργούνται όταν μια ψυχρή μάζα αέρα ανεβαίνει γρήγορα, στη συνέχεια υπακούει στη βαρύτητα και βυθίζεται ξανά στο επίπεδο της θάλασσας, χτυπώντας ουσιαστικά τη στρατόσφαιρα σαν γκονγκ και δημιουργώντας ταλαντώσεις πίεσης που διαδίδονται οριζόντια προς όλες τις κατευθύνσεις.

Πολλοί ερευνητές θεωρούν τα κύματα ατμοσφαιρικής βαρύτητας της Τόνγκα την πιο πιθανή πηγή των μακρινών τσουνάμι, δεδομένων των συγκεκριμένων τοποθεσιών όπου εμφανίστηκαν τα τσουνάμι. Τα κύματα βαρύτητας διασχίζουν τον πλανήτη με ταχύτητες που φτάνουν ή ξεπερνούν τα 300 μέτρα ανά δευτερόλεπτο. Για να έχουμε έναν συντονισμό Proudman, τα κύματα του νερού θα πρέπει να κινούνται συγκριτικά γρήγορα και αυτό απαιτεί ασυνήθιστα βαθιά νερά. «Για να έχεις ένα κύμα του ωκεανού να τρέχει τόσο γρήγορα, θα χρειαστείς περίπου 9.000 μέτρα νερό», είπε ο Ντούσεκ, «και δεν υπάρχουν πολλά μέρη που θα φτάσεις σε αυτό το βάθος νερού». Είναι ενδεικτικό, λοιπόν, ότι ισχυρά τσουνάμι εμφανίστηκαν στην Καραϊβική Θάλασσα και νότια της Ιαπωνίας, όπου τα ωκεάνια ορύγματα ξεπερνούν τα 8.000 μέτρα σε βάθος.

Σε αυτές τις τοποθεσίες, τα κύματα της θάλασσας κινούνται πραγματικά με ταχύτητες κοντά στην ταχύτητα του ήχου. Αυτό μπορεί να είναι δύσκολο να το φανταστεί κανείς, αλλά τότε, τα κύματα είναι σε μεγάλο βαθμό αόρατα στον ανοιχτό ωκεανό. "Μέχρι να χτυπήσετε αυτό το ρηχό νερό, το κύμα δεν είναι τόσο εμφανές στην επιφάνεια της θάλασσας", είπε ο Dusek.

Σύμφωνα με τον Έρικ Γκάιστ, γεωφυσικό στο Ειρηνικό Κέντρο Παράκτιων και Θαλάσσιων Επιστημών της Γεωλογικής Υπηρεσίας των ΗΠΑ, αν και ο συντονισμός του Προύντμαν μπορεί να ήταν πιο αποτελεσματικός πάνω σε αυτές τις δύο τάφρες, ακόμη και αλλού, καθώς τα κύματα βαρύτητας της ατμοσφαιρικής βαρύτητας κινούνταν στον ανοιχτό ωκεανό, με κάποιο συντονισμό και θα είχε συμβεί ενίσχυση των θαλάσσιων κυμάτων. Η υποβρύχια τοπογραφία του θαλάσσιου πυθμένα κοντά στις πληγείσες ακτές μπορεί επίσης να ενίσχυσε τα εισερχόμενα κύματα τσουνάμι.

Μαζί με τη θεωρία της βαθιάς τάφρου, αυτές οι ιδέες απαιτούν περαιτέρω διερεύνηση προτού εξαχθούν ασφαλή συμπεράσματα. Και άλλοι τύποι κυμάτων πίεσης μπορεί να έχουν περαιτέρω ενισχυμένα ύψη κύματος. Αλλά ακόμη και σε αυτό το πρώιμο στάδιο, κανείς δεν αμφιβάλλει ότι η δραματική έκρηξη της Τόνγκα έκανε τις θάλασσες και τους ωκεανούς στην άλλη άκρη του κόσμου να στριμώχνονται, να κορυφώνονται και να σπάζουν — μια αποκάλυψη στο παρόν που επιβεβαιώνει μια αξιοσημείωτη ιδέα από το παρελθόν.

Ιδιότητες της Φυσικής

Δεδομένης της «ισχυρής ομοιότητας», σύμφωνα με τα λόγια του Ραμπίνοβιτς, μεταξύ των γεγονότων της Τόνγκα και του Κρακατάου, η ψυχρή υπόθεση των παγκόσμιων τσουνάμι του Κρακατάου μπορεί να κλείσει. Αλλά όπως και στο Krakatau, το πανδαιμόνιο στην Τόνγκα έχει εγείρει νέα ερωτήματα.

Τα μακρινά τσουνάμι μπορεί να μην ήταν επικίνδυνα, αλλά το τοπικό τσουνάμι που προκλήθηκε από το ίδιο το ηφαίστειο της Τόνγκα ήταν σίγουρα. Η Τόνγκα έχει ένα δικό της βαθύ όρυγμα, οπότε φαίνεται πιθανό ότι δημιουργήθηκε και ένας συντονισμός Proudman κοντά στην έκρηξη. «Πρόσθεσε στο ύψος του κύματος αιχμής λίγο περισσότερο από αυτό που θα περίμενε κανείς μόνο από το σεισμικό σήμα;» ρώτησε ο Ντούσεκ.

Το ότι τα ύψη των κυμάτων δεν πλησίασαν ποτέ εκείνα κάποιων μετεοτσουνάμι που δημιουργήθηκαν από καταιγίδες ήταν ανακούφιση. Θα είναι όμως πάντα έτσι; Οι ερευνητές αναρωτιούνται πόσο ισχυρή έκρηξη θα χρειαστείτε για να δημιουργήσετε ένα πολύ μεγαλύτερο γεγονός μετεοτσουνάμι. Τα ηφαίστεια στην ξηρά μπορούν επίσης να δημιουργήσουν μεγάλες εκρήξεις, σημείωσε ο Lane — επομένως είναι ικανά να προκαλέσουν και μακρινά τσουνάμι;

Οι ηφαιστειακές εκρήξεις τόσο τρομακτικές όσο του Krakatau και του Hunga Tonga-Hunga Ha‘apai είναι εξαιρετικά σπάνιες στα ανθρώπινα χρονοδιαγράμματα. Και μέχρι στιγμής, φαίνεται σαν ένας τέτοιος τερατώδης συριγμός να είναι ανίκανος να προκαλέσει σοβαρές κορυφές κυμάτων παγκοσμίως. Όταν πρόκειται για τσουνάμι που προκαλούνται από την ατμόσφαιρα, "τα μετεοτσουνάμι που προκαλούνται από τις καιρικές συνθήκες εξακολουθούν να είναι πραγματικά αυτό που μας απασχολεί από άποψη δημόσιας ασφάλειας", είπε ο Ντούσεκ.

Η θαλάσσια εκδήλωση της Τόνγκα δεν ήταν μια παράσταση τρόμου. Ωστόσο, υπενθύμισε στους επιστήμονες ότι η ανάπτυξη από τη φύση ακόμη και των μικρότερων ιδιορρυθμιών της φυσικής μπορεί να οδηγήσει σε παγκόσμιες συνέπειες.