„Alles bisher an diesem Ausbruch ist seltsam“, von seiner ohrenbetäubenden Explosion bis zu seinem pazifischen Tsunami.
Viele Jahre lang ragte der Vulkan Hunga Tonga-Hunga Ha’apai als Paar schmaler Felseninseln aus den Wellen, von denen die eine Hunga Tong und die andere Hunga Ha’apai hieß. Ein Ausbruch im Jahr 2014 baute eine dritte Insel auf , die das Trio später zu einer Landmasse verband. Und als der Vulkan im Dezember erwachte, wuchs die unbewohnte Insel an der Spitze des Gipfels langsam, während Stücke aus Vulkangestein und Asche neues Land aufbauten.
Dann kam der katastrophale Ausbruch am 15. Januar. Wie auf Satellitenbildern zu sehen ist, verraten nur noch zwei winzige Felsvorsprünge die Bestie, die unter den Wellen lauert. Aber ob es in Wochen oder Jahren geschieht, der Vulkan wird wieder aufsteigen.
Dieser Kreislauf aus Zerstörung und Wiedergeburt ist das Lebenselixier von Vulkanen wie dem Hunga Tonga-Hunga Ha’apai, der nur einer von vielen ist, die das Königreich Tonga prägen. Dennoch ist die enorme Energie dieser jüngsten Explosion, die von der NASA auf fünf bis sechs Millionen Tonnen TNT geschätzt wurde, anders als in den letzten Jahrzehnten. Der Ausbruch schickte einen Tsunami über den Pazifischen Ozean. Es löste einen Überschallknall aus, der zweimal um die Welt ging . Es schickte eine Wolke aus Asche und Gas, die etwa 19 Meilen hoch in die Stratosphäre schoss , wobei einige Teile bis zu 34 Meilen hoch reichten. Und vielleicht am bemerkenswertesten ist, dass all diese Effekte von nur etwa einer Stunde vulkanischer Wut herrührten.
„Alles bisher an diesem Ausbruch ist seltsam“, sagt Janine Krippner , Vulkanologin beim Global Volcanism Program von Smithsonian.
Links : Ein Satellitenbild zeigt die Inselspitze des Vulkans Hunga Tonga-Hunga Ha’apai am 12. Dezember 2021.Rechts : Ab Dezember baute der Ausbruch die Insel allmählich auf, wie hier am 6. Januar 2022 zu sehen ist. Dann sprengten Explosionen am 14. und 15. Januar den größten Teil der Insel weg.
Wissenschaftler versuchen nun, die Ursache hinter dem intensiven Ausbruch dieser Woche und den darauf folgenden überraschend weit verbreiteten Tsunamis herauszufinden. Einige Hinweise darauf, was die Voraussetzungen für eine solch gewaltige Explosion geschaffen hat, könnten aus der Chemie von Gestein stammen, das bei früheren Eruptionen von Lava abgekühlt wurde. In einer neuen Studie, die in der Zeitschrift Lithos veröffentlicht wurde, fanden Wissenschaftler entscheidende Unterschiede zwischen dem ausgebrochenen Material kleiner und großer Explosionen – und jetzt sind sie neugierig, was die Chemie dieses jüngsten Ereignisses offenbaren könnte.
Das Verständnis des Funkens, der das jüngste explosive Ereignis von Hunga Tonga-Hunga Ha’apai entzündete, könnte dazu beitragen, zukünftige Risiken zu verringern. Im Moment gilt die größte Sorge jedoch der Bevölkerung von Tonga und der Frage, ob weitere Vulkanausbrüche am Horizont zu erwarten sind. Fast der gesamte Vulkan befindet sich jetzt unter der Meeresoberfläche, vor Satellitensicht verborgen, und es gibt keine Ausrüstung am Boden, um die unterirdischen Verschiebungen von geschmolzenem Gestein zu verfolgen.
„Wenn wir nicht erkennen können, was im Magmasystem passiert, haben wir keine Ahnung, was als nächstes passieren könnte“, sagt Krippner.
Ein Unterwasserriese
Während Hunga Tonga-Hunga Ha’apai in der Vergangenheit viele Male ausgebrochen ist, haben Wissenschaftler erst kürzlich erkannt, wie groß diese Eruptionen sein könnten. Der meist unter Wasser getauchte Vulkan ist nicht leicht zu studieren.
„Niemand hatte tatsächlich irgendwelche Arbeiten an den Felsen durchgeführt“, sagt Simon Barker , Vulkanologe an der Victoria University of Wellington in Neuseeland und Autor der neuen Lithos – Studie , die die Geschichte des Vulkans dokumentiert.
Barker und seine Kollegen haben 2015 ein Boot gechartert, um für mehrere Nächte in der Gerölllandschaft der Vulkaninsel zu campen. Als sie die Region untersuchten und Gesteinsproben sammelten, entdeckte das Team kleine Kegel von kürzlichen Eruptionen, die den Meeresboden um den Hauptgipfel herum verstreuten. Sie entdeckten auch dicke Schichten aus fragmentiertem Lavagestein und Asche, bekannt als pyroklastische Ströme, von zwei monströsen Eruptionen, die sie später auf etwa 900 und 1.800 Jahre datierten.
„Wir haben gesehen, dass die Geschichte des Vulkans viel komplexer ist“, sagt Barker.
Die Chemie des ausgebrochenen Materials könnte dabei helfen, zu entwirren, was diesen Ausbruch so stark gemacht hat, erklärt Marco Brenna , Vulkanologe an der Universität von Otago in Neuseeland und Autor der neuen Lithos – Studie.
Wenn ein Magmasystem abkühlt, bilden sich zu unterschiedlichen Zeiten Kristalle verschiedener Mineralien, was die Chemie des schwindenden geschmolzenen Gesteins verändert. Die Kristalle bewahren diese Veränderungen, während sie wachsen, ein bisschen wie Baumringe.
Brenna und seine Kollegen analysierten die Kristallringe in den Felsen, die während der beiden großen Explosionen vor 900 und 1.800 Jahren ausbrachen. Ihre Arbeit legt nahe, dass, bevor der Vulkan diese Eruptionen auslöste, frisches Magma schnell in die Kammer injiziert wurde – ein häufig vermuteter Auslöser für viele Vulkanausbrüche. Aber den Gesteinen von moderateren Explosionen in den Jahren 2008 und 2015 fehlten diese Ringe, was auf einen konstanten, aber langsamen Zufluss von Magma hinweist, sagt Brenna.
Wissenschaftler hoffen nun, die Chemie des frisch ausgebrochenen Gesteins untersuchen zu können, um zu sehen, was es uns über dieses jüngste Ereignis verraten kann. „Es wird interessant sein zu sehen, was die Kristalle aufzeichnen“, sagt Brenna.
Während diese unterirdischen Prozesse möglicherweise einen Teil der Explosion antreiben, hat Wasser wahrscheinlich auch zu den Explosionen an diesem Wochenende beigetragen, sagt Geoff Kilgour , ein Vulkanologe bei der neuseeländischen GNS Science, der nicht Teil des Studienteams war. Wasser kann die Kraft einer Vulkanexplosion verstärken, aber es bleibt unklar, wie genau es den erstaunlichen Boom von Hunga Tonga-Hunga Ha’apai ausgelöst hätte.
Vielleicht, schlägt Kilgour vor, hatte die jüngste Explosion genau die richtige Mischung aus Magma und Wasser; ein Übermaß an einem von beiden hätte eine moderatere Explosion erzeugt. „Es kann sein, dass wir diese Goldilocks-Zone erreicht haben“, sagt er.
Links : Ein Maxar-Satellitenbild, das am 29. Dezember 2021 vor den explosivsten Explosionen des Vulkans aufgenommen wurde, zeigt Häuser und Gebäude auf der bevölkerungsreichsten Insel des Archipels, Tongatapu.Rechts : Ein Maxar-Satellitenbild, aufgenommen am 18. Januar 2022, zeigt die mit Asche bedeckte Region nach dem Ausbruch an diesem Wochenende.
Airblast-Tsunami?
Dieser jüngste Ausbruch ist noch faszinierender, weil sein mächtiger Knall, obwohl er energisch ist, überraschend wenig Material ausgestoßen hat. Auf der nahe gelegenen Insel Tongatapu findet man Asche von früheren großen Ausbrüchen des Vulkans, und diese Schicht ist zehnmal dicker als die neue Schicht, die dort durch das jüngste Ereignis abgelagert wurde, sagt Barker.
Einige Wissenschaftler spekulieren nun, dass der enorme, kurzlebige Energieschub dazu beigetragen haben könnte, die ungewöhnlich großen Tsunamiwellen nach dem Ausbruch zu schüren.
Tsunamis entstehen normalerweise durch eine plötzliche Verschiebung unter Wasser, wie ein U-Boot-Erdrutsch an den Flanken eines Vulkans oder eine schnelle Bewegung des Landes bei einem Erdbeben. Doch nach dem Ausbruch des Hunga Tonga-Hunga Ha’apai traten Wellen an einigen Orten auf, beispielsweise in der Karibik , viel früher, als man von einem klassischen Tsunami erwarten würde.
Seltsam waren auch die späteren Tsunami-Wellen, die an fernen Küsten zusammenschlugen. Je weiter sich ein Tsunami vom Auslöser entfernt, desto mehr sollten seine Wellen abnehmen. Die Wellen, die die Inseln im Königreich Tonga trafen, waren zwar schädlich, aber sie waren nicht hoch genug, um die überraschend großen Wellen über dem Ozean zu erklären.
„Es hatte im Grunde einen sehr geringen Rückgang der Tsunami-Größe rund um den Pazifik, was wirklich, wirklich ungewöhnlich ist“, sagt Kilgour. Die Schockwelle, die durch die Luft reiste, könnte sich mit der Meeresoberfläche gekoppelt haben und die ausgedehnten Tsunamis antreiben. Genau ein solches Verfahren wurde für die Explosion des Krakatau im Jahr 1883 vorgeschlagen, einen der stärksten und tödlichsten Vulkanausbrüche in der aufgezeichneten Geschichte.
Die Modellierung der Ausbreitung und des Timings der Wellen zusammen mit Kartierungsänderungen des Vulkans könnte helfen zu erklären, was den großen Tsunami angetrieben hat. Dennoch, sagt Krippner, wird die verwirrende Mischung von Ereignissen „die Art und Weise verändern, wie wir diese Art von Eruption betrachten – und das passiert nicht so oft.“
Der Versuch, einen versteckten Riesen zu überwachen
Das jüngste Ereignis und all seine Kuriositäten zeigen, wie wenig über Unterwasservulkane bekannt ist, sagt Jackie Caplan-Auerbach , Seismologin an der Western Washington University. Viele dieser untergetauchten Riesen verweilen in der Tiefsee, und ihre Explosionen sind normalerweise nicht tödlich. Doch die Explosion dieses Wochenendes ist eine deutliche Erinnerung an die Risiken von Vulkanen, die direkt unter den Wellen verweilen.
Im Moment scheint Hunga Tonga-Hunga Ha’apai verstummt zu sein. Die Einheimischen helfen sich gegenseitig , den Schaden zu beseitigen und die Straßen zu säubern. Während die Kommunikation weitgehend unterbrochen bleibt, sickern endlich Informationen über die aktuelle Situation durch . Unter den Einwohnern von Tonga wurden drei Todesfälle bestätigt, zwei weitere Todesfälle in Peru durch den Tsunami.
Die Schäden auf einigen der Inseln sind schwerwiegend. Die Häuser aller 36 Einwohner von Mango Island wurden zerstört. Auf der Insel Fonoifua stehen nur noch zwei Häuser, und auf der Insel Nomuka mit 239 Einwohnern erstrecken sich umfangreiche Schäden. Die Schäden auf der größten und bevölkerungsreichsten Insel Tongatapu, auf der etwa 75.000 Menschen leben, konzentrierten sich hauptsächlich auf die Westseite. Das Rote Kreuz von Tonga geht von insgesamt 1.200 „betroffenen Haushalten“ aus.
Asche hat die Trinkwasservorräte der Inseln kontaminiert und die Landung von Flugzeugen mit zusätzlichen Vorräten verzögert. Die neuseeländische Marine hat zwei Versorgungsschiffe eingesetzt , die am 21. Januar eintreffen sollen.
Und es besteht immer noch die Gefahr, dass der Vulkan weitere explosive Explosionen auf Lager hat. Die Tonga Geological Services verlassen sich auf visuelle und Satellitenbeobachtungen, um die Aktivität der vielen Vulkane in der Region zu verfolgen. Aber da die Vulkanspitze von Hunga Tonga-Hunga Ha’apai jetzt unter der Oberfläche liegt, haben Wissenschaftler alle Anzeichen aus den Augen verloren, die helfen könnten, die Aktivität des Vulkans zu verstehen. Das Potenzial für zusätzliche Aktivitäten hindert Wissenschaftler auch daran, in die Nähe zu fliegen, um genauer hinzusehen.
Selbst wenn der Vulkan nicht aktiv ausbricht, ist die Überwachung von größtenteils unterseeischen Vulkanen eine komplexe Aufgabe. GPS – das häufig verwendet wird, um Verschiebungen an der Oberfläche zu verfolgen, wenn sich Magma in den Untergrund bewegt – funktioniert auf dem Meeresboden nicht. Und Echtzeitdaten von Seismometern auf dem Meeresboden zu erhalten, ist technologisch schwierig und teuer. Caplan-Auerbach sagt, sie vergleiche die Arbeit in den Ozeanen oft mit Seismologie auf einem anderen Planeten.
Instrumente, die als Hydrophone bekannt sind, können das Brummen von Unterwasservulkanen hören, während sich der Schall über weite Teile des Ozeans ausbreitet. Diese sind jedoch in Notfallsituationen nicht einfach einzusetzen und erfordern eine Verbindung zu Unterwasserkabeln für Echtzeitdaten.
Die Situation in Tonga unterstreicht die Notwendigkeit besserer internationaler Bemühungen, um die Vulkanüberwachung auf der ganzen Welt zu finanzieren, sagt Krippner. Sie und andere Vulkanologen haben alle betont, wie gut die Tonga Geological Services eine nahezu unmögliche Aufgabe bewältigen. „Sie haben nicht viel Geld. Sie haben nicht viel Personal“, sagt Kilgour. „Aber sie werden gebeten, eine riesige Menge zu tun.“
In den Tagen vor der Explosion vom 15. Januar warnte die Agentur allein auf der Grundlage visueller und Satelliteninformationen beharrlich vor zukünftigen Eruptionen und einem möglichen Tsunami und wies die Einheimischen an, sich von den Stränden fernzuhalten. „Aus diesem Grund denke ich, dass sie wahrscheinlich Tausende von Leben gerettet haben“, sagt Barker.
„Wir lernen oft aus diesen wirklich schrecklichen Zeiten“, ergänzt Caplan-Aurbach. Vielleicht, indem wir die Nachwirkungen dieser Vulkanexplosion genau studieren, „werden wir ein besseres Gespür dafür haben, was kommt.“
