Dne 3. dubna 1991 sestra Emma Fondevilla, misionářka se sídlem v rodné vesnici Aeta na úbočí Mount Pinatubo na filipínském ostrově Luzon, vedl skupinu vesničanů, aby se setkali s vědci z filipínského institutu vulkanologie a seismologie (PHIVOLCS). Fondevilla a vesničané řekli vědcům o sérii parních erupcí na severozápadní straně hory.
Co se bude odvíjet dále, změní historii. Vědci nějakým způsobem přes velkou přesvědčení přesvědčili úředníky, aby evakuovali více než 65 000 lidí žijících ve stínu Pinatubo. Jejich neúnavné úsilí je jedním z nejúspěšnějších pokusů o zmírnění nebezpečí velké sopečné erupce.
15. června přibližně v 13:42 hodin místního času vybuchlo Pinatubo – největší sopečný výbuch od aljašské Novarupty v roce 1912. Jeho oblak popela obsahoval 5 kubických kilometrů materiálu – vznášel se do výšky 40 kilometrů. Vzhledem k tomu, že projíždějící tajfun současně přinesl silné deště, rychle se pohybující toky popela, bahna a sopečných zbytků zvaných lahars proudily dolů po sopce, zplošťovaly města, rozbíjely se džunglí a dusily rýžová pole a pole cukrové třtiny. Voda se také mísila s padajícím popelem a vytvářela hmotu podobnou cementu. Během erupce zahynulo více než 350 lidí, většinou na kolabující střechy.
Účinky Pinatubo neskončily k tomuto datu před 25 lety. Plyn z oblaku popela strkal povětrnostní vzorce a tlumil dopady globálního oteplování pro příští rok. Lahars, který může po silných deštích sběhnout z hory, i po více než deseti letech nadále představoval hrozbu pro okolní populaci.
Erupce Pinatubo se doslova i obrazně rozpadla. Zde je osm způsobů, jak Pinatubo změnil způsob, jakým přistupujeme a učíme se z vulkanických rizik.
První rychlé vědecké hodnocení historie sopky
Jakmile Pinatubo začalo dunět, PHIVOLCS nastavil tři seismometry na jeho severozápadní křídlo. Poté, co 23. dubna dorazili vědci z US Geological Survey (USGS) – součást programu Surveys Volcano Disaster Assistance Program (VDAP) – zřídili seismickou síť sedmi stanic vzdálených 1 až 19 kilometrů od sopky. V průběhu května zaznamenávaly seismometry nejméně 200 malých zemětřesení denně.
Spektrometr namontovaný na vrtulníku – zařízení původně vyvinuté k monitorování emisí z komínů – sledovalo dramatický nárůst emisí oxidu siřičitého z ventilačních otvorů. Plyn uniká, jak magma stoupá v sopce, takže tato známka pohybujícího se magmatu spolu se zvyšující se seismicitou a deformací měřenou tiltmetry vedla vědce k přesvědčení, že erupce je na spadnutí.
Ale vědci čelili obrovskému problému: Měli jen pár týdnů na to, aby se dozvěděli co nejvíce o erupční historii Mount Pinatubo, než začala foukat. Přidejte k tomu další výzvu: Žádné základní informace o sopce neexistovaly, s výjimkou jednoho uhlíkového data z průzkumu oblasti z 80. let jako možného místa pro jadernou elektrárnu, řekl John Ewert, geolog a člen týmu VDAP nasazeného na na Filipínách.
Jednou z prvních věcí, které tým VDAP udělal, byla konzultace s katalogem aktivních sopek z globálního programu vulkanismu Smithsonian Institution. Pinatubo v té době v něm ani nebyl, řekl Ewert.
VDAP vědci neztráceli čas. Studovali vrstvy starověkých pyroklastických toků a laharů obklopujících všechny strany sopky. Sbírali a datovali vzorky dřevěného uhlí. Letěli vrtulníky kolem sopky, mapovali rozsah minulých toků a navštěvovali výchozy.
Ze vzduchu vědci viděli, že pyroklastické toky se objevily „vysoko na hřebenech nebo nad hřebeny, které by blokovaly všechny ale největší toky, “řekl Eosu Chris Newhall, vulkanolog, který byl součástí týmu VDAP na Filipínách. Pozorování potvrdila, jak velká může být blížící se erupce.
Z těchto studií vědci zjistili ukázalo se, že sopka explodovala v nejméně šesti erupčních obdobích za posledních 5000 let, krátké výbuchy aktivity následované dlouhými, tichými obdobími.K poslední erupci došlo před 500 lety. A co víc, okolní vesnice byly postaveny na starých pyroklastických tocích a laharech.
První úspěšně mobilizovaná rozsáhlá evakuace
Počátkem června emise oxidu siřičitého prudce poklesly na přibližně 250 tun denně. Vědci měli podezření, že to znamená, že viskózní stoupající magma svírá uzavřené trhliny nebo se ochladí a ztratí těkavé látky, ať tak či onak brání úniku plynu.
Přibližně ve stejnou dobu vzrostly síly a trvání zemětřesení v rámci Pinatubo. Na začátku června se seskupení zemětřesení přesunula ze severozápadu sopky těsně pod její vrchol. 7. června začala vycházet na povrch lávová kupole a 10. června vyskočily emise oxidu siřičitého na více než 13 000 tun denně. V příštích několika dnech otřásly sopkou výbuchy – některé vytvářející sloupy popela a trosek vysoké až 24 kilometrů.
Tyto příznaky ukazovaly na jednu věc: Sopka se chystala vybuchnout. Jak ale mohli vědci přesvědčit téměř 1 milion lidí žijících v okolí sopky, že budou možná muset evakuovat?
Sázky byly vysoké: Pouhých 6 let dříve vybuchl v Kolumbii Nevado del Ruiz a zabil více než 23 000 lidí . Podle Ewerta byla částečně na vině „porucha komunikace“ mezi vědci a místními úřady.
Během několika týdnů museli vědci PHIVOLCS a VDAP interpretovat všechna data, která shromáždili o erupční historii sopky a zformulovat to do jednoduchého varovného schématu. Schéma muselo být efektivní a snadno stravitelné – natolik, aby dokázalo přesvědčit desítky tisíc lidí žijících kolem sopky, kteří mluvili několika různými dialekty a dokonce různými jazyky, k evakuaci. >
Jazyk nebyl jedinou překážkou. „Jednou z našich největších výzev, když jsme se dostali na Filipíny, bylo skutečně přesvědčit lidi, že jsou ve skutečnosti sopkou,“ řekl Ewert. Mnoho místních obyvatel obviňovalo vědce z PHIVOLCS i USGS, že lhali kvůli finančnímu zisku nebo z politických důvodů.
Tým vytrval a shromáždil místní vůdce měst a vesnic, aby vysvětlili nebezpečí a odpověděli na otázky. Součástí této vzdělávací kampaně bylo představení příšerných videozáznamů z tragédie Nevado del Ruiz, které zobrazovaly ničivé toky popela, vulkanické toky, popelníky, sesuvy půdy, lávové toky a další. Přestože vědci byli znepokojeni nadhodnocením nebezpečí, nakonec „usoudili (a stále soudí), že k probuzení populace je zapotřebí silných obrazů,“ přemýšleli vědci PHIVOLCS a USGS v roce 1996.
Zde vědci se naučil účinnou lekci v oblasti zmírňování rizik. Jak vysvětlil Ewert, „Ukázat lidem, co se stalo na jiných místech světa, bylo mnohem efektivnější než vědec, který se postavil do davu a snažil se to vysvětlit interpretačním tancem a gesty rukou.“
Začátkem června vyzvali úředníci k evakuaci 25 000 lidí žijících v oblasti, včetně amerických služebních na letecké základně Clark a americké námořní stanice v Subic Bay. „Do 14. června byl doporučený poloměr evakuace 30 kilometrů, což by se vztahovalo na asi 400 000 lidí,“ řekl Newhall. Nikdy předtím nedošlo k tak rozsáhlému pokusu o evakuaci před výbuchem sopky.
V době, kdy sopka vybuchla 15. června, vědci a veřejní činitelé přesvědčili o evakuaci více než 65 000 lidí. Více než 350 zemřelo během erupce, ale USGS a PHIVOLCS odhadují, že evakuační úsilí zachránilo 5 000 až 20 000 životů.
Důležitost efektivní komunikace
V roce 1991 museli vědci vyhledávat informace v knihách, pořizovat si fotokopie a faxovat, řekl Ewert. čas před GPS a před tím, než mohla být data odeslána prostřednictvím satelitu. Chytré telefony byly science fiction.
V době bez 24hodinového cyklu zpráv nemohli vědci z PHIVOLCS a USGS zásobovat místní obyvatelstvo minutou do minutové aktualizace, mnohem méně ze dne na den a šíří se pověsti. Jedna z těchto pověstí tvrdila, že po erupci se vytvořila 3 míle dlouhá trhlina a že nedaleké město Olongapo bude brzy zasaženo obrovským bočním výbuchem.
„Mobilní telefony krátce pomohly, pokud jak baterie vydržely, “uvedli vědci PHIVOLCS a USGS v roce 1996.„Ale až 16. června jsme zemi mohli říci, že kaldera již vznikla a že vyvrcholení erupce pravděpodobně pominulo.“
Dnešní pokročilé nástroje by byly užitečné, ale “v konec, pro úspěšné zmírnění přírodních rizik, vše závisí na tom, jak efektivní jsou vědci a veřejní činitelé v komunikaci mezi sebou navzájem a s veřejností, “řekl Ewert Eosovi.
Nové porozumění spouštěčů výbuchů zahrnujících více Druhy magmatu
Po výbuchu výzkumy ochlazené lávy odhalily, že erupce zahrnovala směs různých typů magmatu, což byl fenomén, který byl dříve viděn, ale nebyl plně pochopen. Vědci si byli vědomi erupcí smíšeného magmatu, ale nebyli si jisti, co je vyvolalo, řekl Ewert.
Magma lze mimo jiné rozdělit na typy, které rozlišují, kolik křemíku obsahují a jak jsou viskózní. Čedičové sopky, stejně jako ty na Havaji, mají méně viskózní „tekoucí“ bazény magmatu. Křemičité magma – vyrobené z dacitu nebo rhyolitu – je lepivější a viskóznější. Obsahuje více plynu, který při odtlakování vybuchne výbušněji.
Studie depozit lávy po výbuchu Pinatubo odhalily něco kuriózního: minerály vedle sebe, které by normálně koexistovaly společně, kdyby magma pocházelo z jednoho zdroje, vysvětlil Newhall. Tepelné podpisy – například krystaly částečně resorpční, chemická difúze mezi krystaly – naznačovaly, že magma byla zpočátku směs čediče a dacitu před erupcí. Ale na konci erupce bylo magma plně dacitové.
Čedičové magma je hustší než dacit, takže na základě samotné hustoty „by čedič měl mít byli uvězněni pod dacitem, “řekl Newhall. Místo toho se zvedla do dacitu a smísila se s ním. Ale jak?
Nejprve, když čerstvý, na vodu bohatý a podstatně teplejší čedič narazil do chladnější nádrže dacitu, čedič vykrystalizoval, vysvětlil Newhall. To vytlačilo čedičovou vodu a další rozpuštěné plyny do zbývající taveniny. Namísto toho, aby těkavé látky zůstaly uzavřené, unikly z taveniny a „vytvořily drobné bublinky, které snižovaly hustotu celkového čedičového magmatu,“ řekl Newhall. „Takže to bylo nadnášené a vstalo a smísilo se s malým množstvím dacitu. To přidalo ještě více těkavých látek. “
Výsledná kaše byla stále méně hustá než její okolí, takže neustále stoupala a byla první, která vybuchla. Nakonec se samotný dacit dostatečně zahřál, aby vystoupil na povrch a vybuchl.
Toto míchání magmatu se projevilo jako nenápadné otřesy, které občas trvaly asi minutu, tzv. Hluboké zemětřesení (DLP). Dlouhodobá zemětřesení naznačují, že do okolní horniny proniká magma, ale vědci tyto události častěji pozorovali v hloubkách méně než 10 kilometrů. Před Pinatuboem byla zemětřesení DLP pozorována jen zřídka a nebyla plně pochopena.
V dnešní době jsou zemětřesení DLP „něco, co hledáme, pokud se probouzí sopka,“ řekl Ewert. Takový signál dává vědcům vodítka k pohybům v instalatérství sopky.
Objev, který odhalí více plynu, než mohou odhalit studie hornin
Dokud Pinatubo vědci nepředpokládali, že množství plynu uvolní sopečná erupce – hlavně voda pára, oxid uhličitý a oxid siřičitý – byl řízen množstvím vybuchlého magmatu a hladinami nasycení, kterých by plyn mohl dosáhnout v magmatu, v závislosti na teplotě magmatu. Shromažďování těchto informací zahrnuje studium krystalů ochlazené lávy po výbuchu, řekl Ewert .
Ale to, co vědci zjistili v Pinatubo přímým studiem emisí, bylo to, že „v atmosféře bylo emitováno mnohem více plynného síry, než by bylo možné počítat „Studiem krystalů,“ řekl Ewert. To znamenalo, že emise vodní páry a oxidu uhličitého – plyny, které dominují emisím – byly také více, než vědci očekávali.
Před Pinatubo si vědci mysleli, že plyn, který nelze rozpustit v magmatu, unikal průduchy na povrch. Výbuch však uvolnil neuvěřitelných 17 megatonů oxidu siřičitého, měřeno satelitním spektrometrem.To znamenalo, že se velké množství plynu mohlo hromadit jako bubliny a zůstat v magmatické komoře, vysvětlil Newhall.
Protože tento přebytečný plyn činí erupci výbušnější, mohlo by se dokonce stát, že takový volný plyn je pro Pinatubo potřebný – jako erupce, řekl Newhall. Jsou-li těkavé látky již v přebytku, mohou okamžitě expandovat, jakmile tlak poklesne, bez jakéhokoli zpoždění při difúzi taveninou.
Vědomí, že magma mohou zadržovat přebytečný plyn, může pomoci při předpovědi, vysvětlil Newhall. Například pokud byla sopka ucpaná od její předchozí erupce a přesto byla neustále dobíjena čerstvým magmatem a plynem z hloubky, vědci mohou zkoumat dobu mezi jejími erupcemi, aby zjistili, zda sopka nashromáždila dostatek přebytečného plynu, aby byla obzvláště výbušná.
Osvětlení podrobností o atmosférické cirkulaci
Celkové množství oxidu siřičitého uvolněného před a během erupce způsobilo nejhlubší účinek na stratosféru od Krakatau v roce 1883. Sírové aerosoly, které se vytvořily z oxidu siřičitého obíhal Zemi během 3 týdnů a zůstal v atmosféře po dobu 3 let, což odráželo dostatek slunečního světla, aby během té doby ochladilo celou planetu o půl stupně Celsia.
Nicméně během následující zimy „Evropa zažila překvapivě vysoké teploty. Toto zimní oteplování nebylo pozorováno po minulých sopečných erupcích, jako je mexický El Chichón v roce 1982. Co by se mohlo dělat?
Pomocí modelů atmosférické cirkulace a počítačových simulací ke studiu toho, jak oblak sírového aerosolu Pinatubo cestoval kolem po celém světě vědci zjistili, že sírové aerosoly odrážejí sluneční světlo směrem ven, zatímco absorbují teplo zespodu, což vede k ochlazování troposféry při zahřívání spodní stratosféry, vysvětlil Alan Robock, vědec v oblasti atmosféry na Rutgers University v New Brunswick, NJ
Tento teplotní gradient zesílil Arktickou oscilaci, větrnou strukturu obíhající Arktidu. Arktická oscilace ve své silné fázi vytahuje teplý vzduch z oceánu, ohřívá severní Evropu a přesouvá na sever globální proudový proud – „řeku“ větru, který proudí po celém světě.
Posunutý proudový proud umožňoval přes zimu proudil na severní polokouli teplý vítr, řekl Robock. Jelikož tryskový proud proudí jako vlna, zatímco Evropa přijímala teplý vzduch z jihu, Střední východ přijímal chladnější vzduch ze severu, což přineslo do Jeruzaléma nejhorší sněhovou bouři za 40 let.
„V době erupce Pinatubo nikdo nevěděl o zimním oteplování,“ řekl Robock. Vyzbrojeni pokrokem v modelování a vysoce sledovanými atmosférickými efekty erupce Pinatubo jsou vědci v oboru atmosféry lépe připraveni předpovídat globální dopady další velké erupce, dodal Robock.
Posílený případ, že lidé způsobují globální oteplování
Erupce pomohla vědcům definitivně prohlásit, že lidské emise skleníkových plynů jsou na vině nejméně za posledních 60–70 let oteplování.
Vědci sledovali sirné aerosoly pocházející z erupce Pinatubo jako cestovali po celém světě. Po 2 roky po výbuchu se povrchové teploty ochladily, jak předpovídaly klimatické modely, které zahrnovaly injekce Pinatubo do atmosféry. Jakmile chladicí aerosoly vypadly z atmosféry, teploty opět vzrostly.
Pinatubo v jistém smyslu sloužil jako přirozený klimatický experiment k testování a kalibraci modelů. Vědci zapojili pozorované sopečné emise do modelů pro změnu klimatu s antropogenními emisemi skleníkových plynů i bez nich. V simulacích, které zahrnovaly pouze sopečné erupce, vědci neviděli posledních 60–70 let důsledného oteplování, vysvětlil Robock.
Toto pozorování pomohlo vědcům v oblasti klimatu dále zaostřit jejich modely a potvrdilo, že lidé – a bezprecedentní množství skleníkových plynů, které každoročně pumpují do atmosféry – mohou za vinu za oteplovací klima. Mezivládní panel pro změnu klimatu byl schopen použít tyto nově naostřené modely k další podpoře přisuzování změny klimatu lidským činnostem.
Větší váha argumentům proti geoinženýrství
Někteří vědci navrhli proniknout do naší vlastní atmosféry, abychom zabránili účinkům změny klimatu, ale Pinatuboova erupce vyvolala velké obavy, zda lze takovou přímou manipulaci zvládnout. Jedna z těchto metod, známá jako „geoinženýrství“, by zahrnovala vstřikování částic oxidu siřičitého do atmosféry stejně jako sopečná erupce.
Robock a další vědci souhlasí s tím, že tento druh injekce by měl negativní důsledky.Jedním z důsledků je destrukce ozonové vrstvy atmosféry, která zabraňuje dopadu nebezpečných ultrafialových paprsků na Zemi.
Mraky částic kyseliny sírové – vznikají, když se oxid siřičitý nově vstřikovaný do stratosféry setkává s vodou – poskytují povrchy, na nichž je ozón – dochází ke zničení chemických reakcí. Za 2 roky po erupci zrychlilo ničení atmosférického ozónu a ozónová díra nad jižní polokoulí se zvětšila na „bezprecedentní velikost.“
Robock uvedl, že k zastavení globálního oteplování by lidé museli aplikovat injekce 100 milionů tun oxidu siřičitého do atmosféry každý rok – to je asi pět erupcí Pinatubo ročně. Vědci se obecně shodují, že důsledky geoinženýrství jsou příliš riskantní, než aby se o ně pokusili. Bylo by bezpečnější a praktičtější snížit emise oxidu uhličitého a “ udržujte fosilní paliva v zemi, “řekl Robock.
Pinatubos Legacy
V roce 1996 napsali vědci USGS a PHILVOLCS tuto střízlivou připomínku jak, kdyby se faktory lišily, pohroma by se na Mount Pinatubo nemohla odvrátit: „Při zpětném pohledu bychom se měli méně zajímat o přehánění nebezpečí a více o urychlení příprav na evakuaci. Pinatubo nás téměř předběhl.“
Mount Pinatubo zatím stojí relativně klidně, asi o 300 metrů kratší než před 25 lety. Co by mohlo Pinatubo přinést příštích 25 let? Čas ukáže.
– JoAnna Wendel, spisovatelka a Mohi Kumar, redaktorka vědeckého obsahu, Eos.org