Erklärt: Warum der Vulkanausbruch in Tonga so heftig war und was als nächstes zu erwarten ist

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Dieses Satellitenbild, aufgenommen von Himawari-8, einem japanischen Wettersatelliten, der von der Japan Meteorological Agency betrieben und vom National Institute of Information and Communications Technology (NICT) veröffentlicht wurde, zeigt einen Unterwasservulkanausbruch im Pazifik Nation Tonga Samstag, 15. Januar 2022. (NICT via AP)

Geschrieben von Shane Cronin, Professor für Erdwissenschaften, Universität Auckland

Das Königreich Tonga erregt nicht oft globale Aufmerksamkeit, aber ein Der heftige Ausbruch eines Unterwasservulkans am 15. Januar hat buchstäblich Schockwellen um die halbe Welt verbreitet.

Der Vulkan ist normalerweise nicht besonders anzusehen. Es besteht aus zwei kleinen unbewohnten Inseln, Hunga-Ha’apai und Hunga-Tonga, die etwa 100 m über dem Meeresspiegel 65 km nördlich von Tongas Hauptstadt Nuku’alofa liegen. Aber unter den Wellen versteckt sich ein massiver Vulkan, etwa 1800 m hoch und 20 km breit.

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Der Vulkan Hunga-Tonga-Hunga-Ha'apai ist in den letzten Jahrzehnten regelmäßig ausgebrochen. Bei Ereignissen in den Jahren 2009 und 2014/15 explodierten heiße Magma- und Dampfstrahlen durch die Wellen. Aber diese Ausbrüche waren klein und wurden von den Ereignissen im Januar 2022 in den Schatten gestellt.

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Unsere Untersuchungen zu diesen früheren Eruptionen deuten darauf hin, dass dies eine der massiven Explosionen ist, die der Vulkan ungefähr alle tausend Jahre hervorrufen kann.

Warum sind die Eruptionen des Vulkans so hochexplosiv, wo doch Meerwasser das Magma abkühlen soll?

Wenn Magma langsam in Meerwasser aufsteigt, bildet sich selbst bei Temperaturen um die 1200 Grad Celsius ein dünner Dampffilm zwischen Magma und Wasser. Dies stellt eine Isolationsschicht bereit, damit die äußere Oberfläche des Magmas abkühlen kann.

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Aber dieser Prozess funktioniert nicht, wenn Magma gesprengt wird aus dem Boden voller Vulkangas. Wenn Magma schnell ins Wasser gelangt, werden alle Dampfschichten schnell zerstört, wodurch heißes Magma in direkten Kontakt mit kaltem Wasser kommt.

Unsere Forschung zu diesen früheren Eruptionen deutet darauf hin, dass dies eine der massiven Explosionen des Vulkans ist in der Lage, etwa alle tausend Jahre zu produzieren. (NICT über AP)

Vulkanforscher nennen dies “Kraftstoff-Kühlmittel-Wechselwirkung”. und es ist vergleichbar mit waffenfähigen chemischen Explosionen. Extrem heftige Explosionen zerreißen das Magma. Eine Kettenreaktion beginnt, bei der neue Magmafragmente frische heiße Innenflächen Wasser aussetzen, und die Explosionen wiederholen sich, stoßen schließlich Vulkanpartikel aus und verursachen Explosionen mit Überschallgeschwindigkeit.

Zwei Skalen von Hunga-Eruptionen

Der Ausbruch 2014/15 schuf einen Vulkankegel, der die beiden alten Hunga-Inseln zu einer etwa 5 km langen Insel verband. Wir besuchten ihn 2016 und stellten fest, dass diese historischen Eruptionen lediglich der Auftakt zum Hauptereignis waren.

Bei der Kartierung des Meeresbodens entdeckten wir eine versteckte ‘Caldera’ 150m unter den Wellen.

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Die Caldera ist eine kraterartige Vertiefung mit einem Durchmesser von etwa 5 km. Kleine Eruptionen (wie 2009 und 2014/15) treten hauptsächlich am Rand der Caldera auf, aber sehr große kommen von der Caldera selbst. Diese großen Eruptionen sind so groß, dass die Spitze des ausbrechenden Magmas nach innen kollabiert und die Caldera vertieft.

Wenn wir uns die Chemie vergangener Eruptionen ansehen, glauben wir jetzt, dass die kleinen Eruptionen das Magmasystem darstellen, das sich langsam wieder auflädt, um sich darauf vorzubereiten ein großes Ereignis.

Wir haben in Ablagerungen auf den alten Inseln Hinweise auf zwei gewaltige vergangene Eruptionen aus der Hunga-Caldera gefunden. Wir haben diese chemisch mit vulkanischen Ascheablagerungen auf der größten bewohnten Insel Tongatapu, 65 km entfernt, abgeglichen und dann Radiokohlenstoffdaten verwendet, um zu zeigen, dass große Caldera-Eruptionen etwa alle 1000 Jahre auftreten, mit der letzten um 1100 n. Chr.

Mit diesem Wissen scheint der Ausbruch am 15. Januar genau im Zeitplan für einen „großen“ zu liegen.

Was wir jetzt erwarten können

Wir befinden uns immer noch mitten in dieser großen Eruptionssequenz und viele Aspekte bleiben unklar, teilweise weil die Insel derzeit von Aschewolken verdeckt wird.

Die beiden früheren Eruptionen am 20. Dezember 2021 und am 13. Januar 2022 waren von mittlerer Größe. Sie erzeugten Wolken mit einer Höhe von bis zu 17 km und fügten der kombinierten Insel 2014/15 neues Land hinzu.

Der jüngste Ausbruch hat das Ausmaß der Gewalt noch verstärkt. Die Aschewolke ist bereits etwa 20 km hoch. Am bemerkenswertesten ist, dass es sich fast konzentrisch über eine Entfernung von etwa 130 km vom Vulkan ausbreitete und eine Wolke mit einem Durchmesser von 260 km bildete, bevor es vom Wind verzerrt wurde.

Dies demonstriert eine enorme Sprengkraft, die nicht allein durch die Wechselwirkung zwischen Magma und Wasser erklärt werden kann. Es zeigt stattdessen, dass große Mengen an frischem, gasbeladenem Magma aus der Caldera ausgebrochen sind.

Die Eruption löste auch einen Tsunami in ganz Tonga und den benachbarten Fidschi und Samoa aus. Schockwellen durchquerten viele tausend Kilometer, wurden aus dem Weltraum gesehen und im etwa 2000 km entfernten Neuseeland aufgezeichnet. Kurz nachdem der Ausbruch begonnen hatte, wurde der Himmel über Tongatapu verdunkelt und Asche begann zu fallen.

All diese Anzeichen deuten darauf hin, dass die große Hunga-Caldera erwacht ist. Tsunamis werden durch gekoppelte atmosphärische und ozeanische Schockwellen während einer Explosion erzeugt, aber sie werden auch leicht durch unterseeische Erdrutsche und Caldera-Einstürze verursacht.

Es bleibt unklar, ob dies der Höhepunkt des Ausbruchs ist. Es stellt eine große Magmadruckfreisetzung dar, die das System beruhigen könnte.

Eine Warnung liegt jedoch in geologischen Ablagerungen von früheren Eruptionen des Vulkans. Diese komplexen Sequenzen zeigen, dass jede der 1000-jährigen großen Caldera-Eruptionsepisoden viele separate Explosionsereignisse umfasste.

Daher könnten wir mehrere Wochen oder sogar Jahre lang von großen vulkanischen Unruhen durch den Hunga-Tonga-Hunga- Ha’apai-Vulkan. Im Interesse der Menschen in Tonga hoffe ich nicht.

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