Det er ikke hver dag, Kongedømmet Tonga får global opmærksomhed, men det ændrede sig 15. januar, da en undervandsvulkan kom i voldsomt udbrud og skabte både tsunamibølger og en kæmpe askesky.
Normalt er vulkanen ikke så frygtindgydende. Den består af to små ubeboede øer, Hunga-Ha'apai og Hunga-Tonga, der stikker omkring 100 meter op over havets overflade 65 kilometer nord for Tongas hovedstad Nuku'alofa.
Men bølgerne gemmer på en kæmpe vulkan, som er omkring 1.800 meter høj og 20 kilometer bred.
Hunga-Tonga-Hunga-Ha'apai-vulkanen er kommet i udbrud med jævne mellemrum i løbet af de seneste årtier.
I 2009 og 2014/15 sprang varme stråler af magma og damp op gennem bølgerne. Men disse udbrud var nærmest ingenting i forhold til den voldsomme hændelse i januar 2022.
'Isolering' køler magmaen
Vores forskning i disse tidligere udbrud indikerer, at det seneste udbrud er én af de kæmpemæssige eksplosioner, som vulkanen er i stand til at producere cirka hvert tusinde år.
Hvorfor er vulkanens udbrud så voldsomme, i betragtning af at havvandet burde køle magmaen ned?
I takt med at magma langsomt stiger op gennem havvandet, dannes en tynd film af damp mellem magmaen og vandet – selv ved temperaturer på omkring 1.200 grader celcius.
Dette lag er en slags isolering, som gør, at magmaens overflade afkøles.
High-resolution Himawari satellite imagery of the #HungaTongaHungaHaapai volcanic eruption in Tonga
— NIWA Weather (@NiwaWeather) January 15, 2022
Our climate stations recorded a brief spike in air pressure as the atmospheric shock wave pulsed across New Zealand. pic.twitter.com/BfLzdq6i57
\ Læs mere
Sætter gang i en kædereaktion
Men denne proces bliver ikke igangsat, hvis magmaen eksploderer op af havbunden fuld af vulkansk gas.
Når magmaen hastigt kommer i kontakt med vandet, bliver damplaget hurtigt forstyrret, hvilket bringer den varme magma i direkte kontakt med det kolde vand.
Vulkanforskere kalder det for 'fuel-coolant interaction' (brændstof-kølevæske-interaktion, red.); en proces der er beslægtet med voldsomme kemiske eksplosioner.
Ekstremt voldsomme eksplosioner river magmaen fra hinanden. Det sætter gang i en kædereaktion med nye magmafragmenter, der kommer i kontakt med det kolde vand, så eksplosionerne gentages, hvilket resulterer i, at vulkanske partikler sprøjtes ud og forårsager eksplosioner med supersonisk hastighed.
\ Læs mere
Forsmag på, hvad der var i vente
Udbruddet 2014/15 skabte et kegleformet vulkanbjerg (en såkaldt vulkankegle), der sammenføjede de to Hunga-øer og skabte én enkelt ø, som er omkring 5 kilometer lang.
Vi besøgte øen i 2016 og opdagede, at disse historiske udbrud blot var en forsmag på, hvad der var i vente.
Ved at kortlægge havbunden opdagede vi en skjult 'caldera' 150 mter under bølgerne.
En caldera er en kraterlignende formation, der fremkommer, når en vulkan synker sammen efter et stort udbrud
Caldera-krateret var cirka 5 kilometer i diamater. Små udbrud (som i 2009 og 2014/15) forekommer hovedsageligt i udkanten af calderaen, og meget store udbrud kommer fra selve calderaen.
De store udbrud er så voldsomme, at toppen af magmaen falder indad og gør calderaen dybere.
\ Om Forskerzonen
Denne artikel er en del af Videnskab.dk’s Forskerzonen, hvor forskerne selv formidler deres forskning, viden og holdninger til et bredt publikum – med hjælp fra redaktionen.
Forskerzonen bliver udgivet takket være støtte fra vores partnere: Lundbeckfonden, Aalborg Universitet, Roskilde Universitet og Syddansk Universitet.
Forskerzonens redaktion prioriterer indholdet og styrer de redaktionelle processer, uafhængigt af partnerne. Læs mere om Forskerzonens mål, visioner og retningslinjer her.
Lige efter planen
Ser vi på kemien i tidligere udbrud, tror vi nu, at de små udbrud repræsenterer magmasystemet, der langsomt genoplader sig selv som forberedelse på en stor hændelse.
Vi fandt evidens på to enorme tidligere udbrud fra Hunga-calderaen i aflejringer på de gamle øer.
Dem matchede vi kemisk med vulkanske askeaflejringer på den største beboede ø Tongatapu, 65 kilometer væk.
Vi brugte derefter kulstof 14-datering til at vise, at store calderaudbrud forekommer cirka hvert 1.000 år, det seneste i år 1100 efter vor tidsregning
Med det for øje ser udbruddet 15. januar ud til at være lige efter planen for et stort udbrud.
\ Læs mere
Hvad sker der nu?
Vi er stadig midt i denne store udbrudssekvens, og mange aspekter er stadig uklare, blandt andet fordi øen i øjeblikket er skjult af askeskyer.
De to tidligere udbrud 20. december 2021 og 13. januar 2022 var af moderat størrelse.
De producerede skyer i op til 17 kilometers højde og tilføjede nyt land til øen, som blev sammenføjet i 2014/15.
Det seneste udbrud har skruet op for kræfterne i forhold til voldsomhed. Askeskyen fra vulkanen er allerede omkring 20 kilometer høj.
Bemærkelsesværdigt nok spredte den sig næsten koncentrisk over en afstand på cirka 130 kilometer fra vulkanen, hvilket skabte en sky med en diameter på 260 kilometer, før den blev forvredet af vinden.
Enorm eksplosiv kraft
Det demonstrerer en enorm eksplosiv kraft, som ikke kan forklares med magma-vand-interaktion alene, men som i stedet viser, at store mængder frisk, gasladet magma er brudt ud fra calderaen.
Udbruddet producerede også en tsunami på tværs af Tonga samt nabolandet Fiji og Samoa.
Chokbølger, som krydsede mange tusinde kilometer, blev set fra rummet og registreret cirka 2.000 kilometer væk i New Zealand.
Kort efter udbruddet startede, lukkede asken af for sollyset og kig til himlen på Tongatapu, og aske begyndte at dale ned.
Hunga-calderaen er vågnet
Det tyder altsammen på, at den store Hunga-caldera er vågnet.
Tsunamier er fremkaldt af atmosfæriske og oceaniske chokbølger i løbet af en eksplosion eller anden forstyrrelse, og de kan også let fremkaldes af undersøiske jordskælv eller sammenskridning af caldera.
Det er stadig uklart, om det er udbruddets klimaks. Magmatrykket er faldet som følge, og det vil måske 'berolige' systemet.
De geologiske aflejringer fra vulkanens tidligere udbrud er dog en advarsel. Disse komplekse sekvenser viser hver af de 1.000-års caldera-udbrud fra mange separate udbrudshændelser.
Måske står vi over for flere ængstelige uger eller endda år med stor vulkansk aktivitet fra Hunga-Tonga-Hunga-Ha’apai-vulkanen.
Og det håber jeg virkelig ikke for befolkningen i Tonga.
Denne artikel er oprindeligt publiceret hos The Conversation og er oversat af Stephanie Lammers-Clark.
