Am 3. April 1991 war Schwester Emma Fondevilla, eine Missionarin, die in einem einheimischen Aeta-Dorf an den Flanken lebt vom Mount Pinatubo auf der philippinischen Insel Luzon führte eine Gruppe von Dorfbewohnern zu einem Treffen mit Wissenschaftlern des philippinischen Instituts für Vulkanologie und Seismologie (PHIVOLCS). Fondevilla und die Dorfbewohner erzählten den Wissenschaftlern von einer Reihe von Dampferuptionen auf der nordwestlichen Seite des Berges.
Was sich als nächstes abspielte, würde die Geschichte verändern. Irgendwie überzeugten Wissenschaftler die Beamten trotz aller Widrigkeiten, mehr als 65.000 Menschen zu evakuieren, die im Schatten von Pinatubo leben. Ihre unermüdlichen Bemühungen gelten als eine der erfolgreichsten Bemühungen zur Gefahrenminderung eines großen Vulkanausbruchs.
Am 15. Juni um ca. 13:42 Uhr. Ortszeit brach Pinatubo aus – die größte Vulkanexplosion seit Alaskas Novarupta im Jahr 1912. Die Aschewolke enthielt 5 Kubikkilometer Material – und wurde auf eine Höhe von 40 Kilometern geschleudert. Weil ein vorbeiziehender Taifun gleichzeitig heftige Regenfälle verursachte, strömten schnell fließende Asche-, Schlamm- und Vulkanreste, die Lahare genannt wurden, den Vulkan hinunter, plattierten Städte, zerschmetterten den Dschungel und erstickten Reisfelder und Zuckerrohrfelder. Das Wasser vermischte sich auch mit fallender Asche, wodurch eine zementartige Substanz entstand, und viele Gebäude brachen aufgrund des Gewichts ein. Mehr als 350 Menschen starben während des Ausbruchs, die meisten von einstürzenden Dächern.
Die Effekte von Pinatubo endeten vor 25 Jahren nicht an diesem Datum. Gas aus der Aschefahne wirbelte die Wetterbedingungen auf und dämpfte die Auswirkungen der globalen Erwärmung für das nächste Jahr. Lahars, die nach starken Regenfällen einen Berg hinunterlaufen können, stellten mehr als ein Jahrzehnt später weiterhin eine Bedrohung für die umliegende Bevölkerung dar.
Pinatubos Ausbruch brach buchstäblich und im übertragenen Sinne den Grundstein. Hier sind acht Möglichkeiten, wie Pinatubo die Art und Weise verändert hat, wie wir uns vulkanischen Gefahren nähern und daraus lernen.
Erste schnelle wissenschaftliche Bewertung der Geschichte eines Vulkans
Als Pinatubo anfing zu rumpeln, richtete PHIVOLCS drei Seismometer ein seine nordwestliche Flanke. Nachdem Wissenschaftler des US Geological Survey (USGS) – Teil des Volcano Disaster Assistance Program (VDAP) – am 23. April eingetroffen waren, richteten sie ein seismisches Netzwerk von sieben Stationen ein, die sich zwischen 1 und 19 Kilometer vom Vulkan entfernt befinden. Im Mai verzeichneten Seismometer mindestens 200 kleine Erdbeben pro Tag.
Ein am Hubschrauber montiertes Spektrometer – ein Gerät, das ursprünglich zur Überwachung der Emissionen von Schornsteinen entwickelt wurde – verfolgte einen dramatischen Anstieg der Schwefeldioxidemissionen aus Entlüftungsöffnungen. Das Gas entweicht, wenn Magma in einem Vulkan aufsteigt. Dieses Zeichen von sich bewegendem Magma sowie die zunehmende Zunahme der Seismizität und Verformung, die mit Neigungsmessern gemessen werden, ließen die Wissenschaftler glauben, dass ein Ausbruch unmittelbar bevorsteht.
Die Wissenschaftler standen jedoch vor einem großen Problem: Sie hatten nur wenige Wochen Zeit gehabt, um so viel wie möglich über die Eruptionsgeschichte des Mount Pinatubo zu erfahren, bevor sie explodierte. Hinzu kommt eine weitere Herausforderung: Es gab keine Basisinformationen über den Vulkan, außer einem Kohlenstoffdatum aus einer Untersuchung des Gebiets in den 1980er Jahren als möglicher Standort für ein Kernkraftwerk, sagte John Ewert, Geologe und Mitglied des VDAP-Teams, das bei eingesetzt wurde die Philippinen.
Eines der ersten Dinge, die das VDAP-Team unternahm, war die Konsultation des Katalogs aktiver Vulkane aus dem Global Volcanism Program der Smithsonian Institution. Pinatubo war damals noch nicht einmal dabei, sagte Ewert.
VDAP-Wissenschaftler haben keine Zeit verschwendet. Sie untersuchten Schichten alter pyroklastischer Strömungen und Lahare, die alle Seiten des Vulkans umgeben. Sie sammelten und datierten Proben von Holzkohle. Sie flogen mit Hubschraubern um den Vulkan herum, kartierten das Ausmaß vergangener Strömungen und besuchten Aufschlüsse.
Aus der Luft sahen die Wissenschaftler, dass pyroklastische Strömungen „hoch oben auf Kämmen oder über Kämmen erschienen, die alle blockiert hätten“ aber die größten Ströme “, sagte Chris Newhall, ein Vulkanologe, der Teil des VDAP-Teams auf den Philippinen war, gegenüber Eos. Die Beobachtungen bestätigten, wie groß der bevorstehende Ausbruch sein könnte.
Aus diesen Studien gingen die Wissenschaftler hervor heraus, dass der Vulkan in den letzten 5000 Jahren in mindestens sechs Eruptionsperioden explodiert war, kurze Aktivitätsschübe, gefolgt von langen, ruhigen Perioden.Der jüngste Ausbruch ereignete sich vor 500 Jahren. Darüber hinaus wurden die umliegenden Dörfer auf alten pyroklastischen Flüssen und Laharen errichtet.
Erste erfolgreich mobilisierte weit verbreitete Evakuierungen
Anfang Juni sanken die Schwefeldioxidemissionen stark auf rund 250 Tonnen pro Tag. Wissenschaftler vermuteten, dass dies bedeutete, dass das viskose, aufsteigende Magma Risse zugedrückt oder abgekühlt hatte und flüchtige Stoffe verloren hatte, um das Entweichen von Gas zu verhindern.
Etwa zur gleichen Zeit nahmen Erdbeben in Pinatubo an Stärke und Dauer zu. Anfang Juni zogen die Erdbebenhaufen vom Nordwesten des Vulkans bis knapp unter seinen Gipfel. Am 7. Juni tauchte eine Lavakuppel auf, und am 10. Juni stiegen die Schwefeldioxidemissionen auf mehr als 13.000 Tonnen pro Tag. In den nächsten Tagen erschütterten Explosionen – einige erzeugten Aschesäulen und Trümmer mit einer Höhe von bis zu 24 Kilometern – den Vulkan.
Diese Zeichen wiesen auf eines hin: Der Vulkan war im Begriff zu blasen. Aber wie konnten Wissenschaftler die fast 1 Million Menschen, die rund um den Vulkan leben, davon überzeugen, dass sie evakuiert werden müssen?
Es stand viel auf dem Spiel: Nur 6 Jahre zuvor brach Nevado del Ruiz in Kolumbien aus und tötete mehr als 23.000 Menschen . Ein „Zusammenbruch der Kommunikation“ zwischen Wissenschaftlern und lokalen Behörden sei teilweise schuld, sagte Ewert.
In nur wenigen Wochen mussten PHIVOLCS- und VDAP-Wissenschaftler alle Daten interpretieren, die sie über die Eruptionsgeschichte des Vulkans gesammelt hatten Formen Sie es zu einem einfachen Warnschema. Das Schema musste effektiv und leicht verdaulich sein – genug, um Zehntausende Menschen rund um den Vulkan, die mehrere verschiedene Dialekte und sogar verschiedene Sprachen sprachen, davon zu überzeugen, evakuiert zu werden.
Die Sprache war nicht das einzige Hindernis. „Eine unserer größten Herausforderungen auf den Philippinen bestand darin, die Menschen davon zu überzeugen, dass es sich tatsächlich um einen Vulkan handelt“, sagte Ewert. Viele Einheimische beschuldigten die Wissenschaftler von PHIVOLCS und USGS, aus finanziellen oder politischen Gründen gelogen zu haben.
Das Team beharrte und versammelte lokale Führer von Städten und kleinen Dörfern, um die Gefahren zu erklären und Fragen zu beantworten. Ein Teil dieser Aufklärungskampagne bestand darin, grausames Videomaterial aus der Tragödie von Nevado del Ruiz zu zeigen, das zerstörerische Ascheflüsse, vulkanische Schlammströme, Aschefälle, Erdrutsche, Lavaströme und mehr zeigte. Obwohl die Wissenschaftler besorgt waren, die Gefahren zu überbewerten, beurteilten sie am Ende „damals (und immer noch), dass starke Bilder erforderlich sind, um die Bevölkerung zu wecken“, reflektierten PHIVOLCS- und USGS-Wissenschaftler 1996.
Hier Wissenschaftler lernte eine wichtige Lektion in der Gefahrenminderung. Wie Ewert erklärte: „Es war viel effektiver, Menschen zu zeigen, was an anderen Orten auf der Welt passiert war, als ein Wissenschaftler, der in einer Menschenmenge aufstand und versuchte, dies mit interpretierendem Tanz und Handgesten zu erklären.“
Bis Anfang Juni forderten Beamte die Evakuierung von 25.000 Menschen in der Region, darunter amerikanische Servicemitarbeiter auf der Clark Air Base und der US Naval Station in Subic Bay. „Bis zum 14. Juni betrug der empfohlene Evakuierungsradius 30 Kilometer, was vielleicht 400.000 Menschen entsprochen hätte“, sagte Newhall. Noch nie zuvor war ein so weit verbreiteter Evakuierungsversuch vor einem Vulkanausbruch unternommen worden.
Zu diesem Zeitpunkt Der Vulkan brach am 15. Juni aus, Wissenschaftler und Beamte hatten mehr als 65.000 Menschen zur Evakuierung überredet. Mehr als 350 starben während des Ausbruchs, aber USGS und PHIVOLCS schätzen, dass Evakuierungsbemühungen zwischen 5000 und 20.000 Menschenleben retteten.
Bedeutung effektiver Kommunikation
1991 mussten Wissenschaftler Informationen in Büchern nachschlagen, Fotokopien anfertigen und Informationen aneinander faxen, sagte Ewert eine Zeit bevor GPS und bevor Daten über Satellit gesendet werden konnten. Smartphones waren Science-Fiction.
In einer Zeit ohne 24-Stunden-Nachrichtenzyklus konnten Wissenschaftler von PHIVOLCS und USGS die lokale Bevölkerung nicht mit Minuten versorgen Minutenaktualisierungen, viel weniger von Tag zu Tag und Gerüchte verbreiteten sich. Eines dieser Gerüchte behauptete, dass sich nach dem Ausbruch ein 3 Meilen langer Spalt gebildet habe und dass die nahe gelegene Stadt Olongapo bald von einer riesigen seitlichen Explosion getroffen werden würde.
„Mobiltelefone halfen kurz, so lange wie ihre Batterien hielten “, reflektierten Wissenschaftler von PHIVOLCS und USGS 1996.“Aber erst am 16. Juni konnten wir dem Land mitteilen, dass sich bereits eine Caldera gebildet hatte und dass der Höhepunkt des Ausbruchs wahrscheinlich vorüber war.“
Die heutigen fortschrittlichen Werkzeuge wären hilfreich gewesen, aber „in Für eine erfolgreiche Minderung von Naturgefahren kommt es letztendlich darauf an, wie effektiv Wissenschaftler und Beamte miteinander und mit der Öffentlichkeit kommunizieren “, sagte Ewert gegenüber Eos.
Neues Verständnis der Auslöser für Eruptionen mit mehreren Arten von Magma
Nach der Explosion ergaben Untersuchungen von gekühlter Lava, dass der Ausbruch eine Mischung verschiedener Arten von Magma beinhaltete, ein Phänomen, das zuvor gesehen worden war, aber nicht vollständig verstanden wurde. Wissenschaftler waren sich Eruptionen mit gemischtem Magma bewusst, aber sie waren sich nicht sicher, was sie auslöste, sagte Ewert.
Magma kann in Typen eingeteilt werden, die unter anderem unterscheiden, wie viel Kieselsäure sie enthalten und wie viskos sie sind. Basaltvulkane haben wie die auf Hawaii weniger viskose, „flüssige“ Magma-Pools. Kieselsäuremagma – hergestellt aus Dacit oder Rhyolith – ist klebriger und viskoser. Es enthält mehr Gas, das, wenn es drucklos wird, explosiver ausbricht.
Untersuchungen von Lavablagerungen nach der Explosion von Pinatubo ergaben etwas Merkwürdiges: Mineralien nebeneinander, die normalerweise nicht zusammen existieren würden, wenn Magma aus einer Quelle stamme, erklärte Newhall. Thermische Signaturen – zum Beispiel Kristalle, die teilweise resorbieren, chemische Diffusion zwischen Kristallen – deuteten darauf hin, dass Magma vorhanden war anfangs eine Mischung aus Basalt und Dacit vor dem Ausbruch. Am Ende des Ausbruchs war Magma jedoch vollständig Dacit.
Basaltmagma ist dichter als Dacit, daher sollte der Basalt allein aufgrund der Dichte „haben wurde unter dem Dacit gefangen “, sagte Newhall. Stattdessen stieg es in den Dacit und mischte sich damit. Aber wie?
Als der frische, wasserreiche und erheblich heißere Basalt auf das kühlere Dacit-Reservoir traf, kristallisierte der Basalt aus, erklärte Newhall. Dadurch wurden das Wasser des Basalts und andere gelöste Gase in die verbleibende Schmelze gedrückt. Anstatt eingeschlossen zu bleiben, entkamen die flüchtigen Stoffe der Schmelze und „bildeten winzige Blasen, die die Dichte des gesamten Basaltmagmas verringerten“, sagte Newhall. „Es war also schwimmfähig und stieg in eine kleine Menge des Dacits auf und mischte sich mit dieser.“ Das fügte noch mehr flüchtige Stoffe hinzu. “
Die resultierende Aufschlämmung war immer noch weniger dicht als ihre Umgebung, so dass sie weiter anstieg und als erste ausbrach. Schließlich erwärmte sich der Dacit selbst genug, um an die Oberfläche zu steigen und auszubrechen.
Diese Magmamischung manifestierte sich in subtil rumpelnden Beben, die zeitweise etwa eine Minute dauerten und als tiefe Langzeitperioden (DLP) bezeichnet wurden. Langzeitbeben deuten darauf hin, dass Magma in das umgebende Gestein eindringt. Wissenschaftler hatten diese Ereignisse jedoch häufiger in Tiefen von weniger als 10 Kilometern beobachtet. Vor Pinatubo wurden DLP-Erdbeben selten beobachtet und nicht vollständig verstanden.
Heutzutage sind DLP-Erdbeben „etwas, wonach wir suchen, wenn wir einen Vulkan haben, der aufwacht“, sagte Ewert. Ein solches Signal gibt Wissenschaftlern Hinweise auf Bewegungen innerhalb der Rohrleitungen des Vulkans.
Entdeckung, dass mehr Gas ausbricht, als Untersuchungen von Felsen zeigen können
Bis Pinatubo nahmen Wissenschaftler an, dass die Gasmenge, die bei einem Vulkanausbruch freigesetzt wurde – hauptsächlich Wasser Dampf, Kohlendioxid und Schwefeldioxid – wurden durch das Volumen des ausgebrochenen Magmas und die Sättigungsgrade bestimmt, die das Gas innerhalb des Magmas erreichen konnte, abhängig von der Temperatur des Magmas. Um diese Informationen zu sammeln, müssen Kristalle gekühlter Lava nach einem Ausbruch untersucht werden, sagte Ewert .
Was Wissenschaftler bei Pinatubo durch direkte Untersuchung der Emissionen herausfanden, war, dass „in der Atmosphäre weit mehr Schwefelgas emittiert wurde, als erklärt werden konnte „Durch das Studium von Kristallen, sagte Ewert. Dies implizierte, dass die Emissionen von Wasserdampf und Kohlendioxid – die Gase, die die Emissionen dominieren – ebenfalls höher waren als von Wissenschaftlern erwartet.
Vor Pinatubo glaubten Wissenschaftler, dass Gas, das nicht im Magma gelöst werden konnte, durch Entlüftungsöffnungen entweicht zu der Oberfläche. Bei der Explosion wurden jedoch satte 17 Megatonnen Schwefeldioxid freigesetzt, gemessen mit einem Satellitenspektrometer.Dies implizierte, dass sich große Gasmengen als Blasen ansammeln und in der Magmakammer verbleiben könnten, erklärte Newhall.
Da dieses überschüssige Gas einen Ausbruch explosiver macht, könnte es sogar sein, dass für einen Pinatubo ein solches freies Gas erforderlich ist -ähnlicher Ausbruch, sagte Newhall. Wenn flüchtige Stoffe bereits im Überschuss vorhanden sind, können sie sich sofort ausdehnen, sobald der Druck abfällt, ohne dass eine Verzögerung durch die Schmelze auftritt.
Das Wissen, dass Magmen überschüssiges Gas enthalten können, kann bei Prognosemaßnahmen hilfreich sein, erklärte Newhall. Wenn beispielsweise ein Vulkan seit seinem vorherigen Ausbruch verstopft und dennoch kontinuierlich mit frischem Magma und Gas aus der Tiefe aufgeladen wurde, können Wissenschaftler die Zeit zwischen seinen Ausbrüchen untersuchen, um festzustellen, ob der Vulkan genug überschüssiges Gas angesammelt hat, um ihn besonders explosiv zu machen.
Aufklärung von Details über die atmosphärische Zirkulation
Die Gesamtmenge an Schwefeldioxid, die vor und während des Ausbruchs freigesetzt wurde, hatte den tiefsten Einfluss auf die Stratosphäre seit Krakatau im Jahr 1883. Die gebildeten Schwefelaerosole Das Schwefeldioxid umkreiste die Erde innerhalb von 3 Wochen und blieb 3 Jahre in der Atmosphäre. Es reflektierte genug Sonnenlicht, um den gesamten Planeten während dieser Zeit um ein halbes Grad Celsius zu kühlen.
Im folgenden Winter In Europa herrschten überraschend warme Temperaturen. Diese Wintererwärmung war nach vergangenen Vulkanausbrüchen wie dem mexikanischen El Chichón im Jahr 1982 nicht beobachtet worden. Was könnte los sein?
Verwenden Sie atmosphärische Zirkulationsmodelle und Computersimulationen, um zu untersuchen, wie sich die Schwefelaerosolwolke von Pinatubo um die Erde bewegte Wissenschaftler fanden heraus, dass schwefelhaltige Aerosole das Sonnenlicht nach außen reflektieren, während sie Wärme von unten absorbieren, was zur Abkühlung der Troposphäre führt, während die untere Stratosphäre erwärmt wird, erklärte Alan Robock, Atmosphärenwissenschaftler an der Rutgers University in New Brunswick, New Jersey Dieser Temperaturgradient verstärkte die Arktische Schwingung, ein Windmuster, das die Arktis umkreist. In ihrer starken Phase zieht die Arktische Oszillation warme Luft aus dem Ozean, erwärmt Nordeuropa und verschiebt den globalen Jetstream nach Norden – den „Fluss“ des Windes, der um den Globus fließt.
Der verschobene Jetstream ist zulässig Robock sagte, dass im Winter warme Winde über die Nordhalbkugel strömen sollten. Weil der Jetstream wie eine Welle fließt, während Europa warme Luft aus dem Süden erhielt, erhielt der Nahe Osten kältere Luft aus dem Norden und brachte den schlimmsten Schneesturm nach Jerusalem in 40 Jahren.
„Zum Zeitpunkt des Pinatubo-Ausbruchs wusste niemand etwas über die Erwärmung des Winters“, sagte Robock. Mit Fortschritten in der Modellierung und den stark überwachten atmosphärischen Auswirkungen des Ausbruchs von Pinatubo sind Atmosphärenforscher besser darauf vorbereitet, die globalen Auswirkungen des nächsten großen Ausbruchs vorherzusagen, fügte Robock hinzu.
Ein verstärkter Fall, dass Menschen die globale Erwärmung verursachen
Die Eruption half Wissenschaftlern definitiv zu erklären, dass die menschlichen Treibhausgasemissionen mindestens für die letzten 60 bis 70 Jahre der Erwärmung verantwortlich sind.
Wissenschaftler verfolgten Schwefelaerosole, die aus Pinatubos Eruption stammen, als Sie reisten um die Welt. Für 2 Jahre nach der Explosion kühlten sich die Oberflächentemperaturen ab, wie von Klimamodellen prognostiziert, die Pinatubos Injektionen in die Atmosphäre beinhalteten. Die Temperaturen stiegen wieder an, sobald die kühlenden Aerosole aus der Atmosphäre fielen.
Pinatubo diente gewissermaßen als natürliches Klimaexperiment zum Testen und Kalibrieren von Modellen. Wissenschaftler steckten beobachtete Vulkanemissionen in Klimamodelle mit und ohne anthropogene Treibhausgasemissionen ein. In den Simulationen, die nur Vulkanausbrüche umfassten, sahen die Wissenschaftler die letzten 60 bis 70 Jahre beständiger Erwärmung nicht, erklärte Robock.
Diese Beobachtung half Klimaforschern, ihre Modelle weiter zu schärfen und bestätigte, dass Menschen – und die Beispiellose Mengen an Treibhausgasen, die sie jedes Jahr in die Atmosphäre pumpen, sind für das sich erwärmende Klima verantwortlich. Das Zwischenstaatliche Gremium für Klimawandel konnte diese neu geschärften Modelle nutzen, um die Zuordnung des Klimawandels zu menschlichen Aktivitäten weiter zu unterstützen.
Mehr Gewicht für Argumente gegen Geoengineering
Einige Wissenschaftler haben vorgeschlagen Hacking in unsere eigene Atmosphäre, um den Auswirkungen des Klimawandels entgegenzuwirken, aber Pinatubos Ausbruch warf große Bedenken auf, ob eine solche direkte Manipulation kontrolliert werden könnte. Eine dieser als „Geoengineering“ bekannten Methoden würde das Injizieren von Schwefeldioxidpartikeln in die Atmosphäre beinhalten, genau wie ein Vulkanausbruch.
Robock und andere Wissenschaftler sind sich einig, dass diese Art der Injektion negative Folgen haben würde.Eine Folge ist die Zerstörung der Ozonschicht der Atmosphäre, die verhindert, dass gefährliche ultraviolette Strahlen auf die Erde treffen.
Wolken von Schwefelsäureteilchen, die entstehen, wenn neu in die Stratosphäre injiziertes Schwefeldioxid auf Wasser trifft, liefern Oberflächen, auf denen Ozon vorhanden ist -zerstörende chemische Reaktionen finden statt. In den zwei Jahren nach dem Ausbruch beschleunigte sich die atmosphärische Ozonzerstörung und das Ozonloch über der südlichen Hemisphäre stieg auf eine „beispiellose Größe“ an.
Robock sagte, dass Menschen injizieren müssten, um die globale Erwärmung zu stoppen Jedes Jahr werden 100 Millionen Tonnen Schwefeldioxid in die Atmosphäre abgegeben – das sind ungefähr fünf Pinatubo-Eruptionen pro Jahr. Wissenschaftler sind sich im Allgemeinen einig, dass die Folgen von Geoengineering zu riskant sind, um es zu versuchen. Es wäre sicherer und praktischer, die Kohlendioxidemissionen zu reduzieren und “ Halten Sie fossile Brennstoffe im Boden “, sagte Robock.
Pinatubos Vermächtnis
1996 schrieben USGS- und PHILVOLCS-Wissenschaftler diese ernüchternde Erinnerung an Wie, wenn die Faktoren anders gewesen wären, die Katastrophe am Mount Pinatubo möglicherweise nicht abgewendet worden wäre: „Im Nachhinein hätten wir uns weniger Gedanken über die Überbewertung der Gefahr als vielmehr über die Beschleunigung der Vorbereitungen für Evakuierungen machen müssen. Pinatubo hätte uns fast überholt.“
Der Pinatubo ist derzeit relativ ruhig und etwa 300 Meter kürzer als vor seiner Explosion vor 25 Jahren. Was könnten die nächsten 25 Jahre für Pinatubo bedeuten? Die Zeit wird es zeigen.
– JoAnna Wendel, Mitarbeiterin, und Mohi Kumar, Herausgeberin wissenschaftlicher Inhalte, Eos.org