3. huhtikuuta 1991 sisar Emma Fondevilla, lähetyssaarnaaja, joka perustuu natiiviin Aetan kylään kyljiin Filippiinien Luzonin saarella sijaitseva Pinatubon vuori johti kyläläisten ryhmän tapaamaan Filippiinien vulkanologian ja seismologian instituutin (PHIVOLCS) tutkijoita. Fondevilla ja kyläläiset kertoivat tutkijoille sarjasta höyrypurkauksia vuoren luoteispuolella.
Seuraavaksi tapahtunut muuttaisi historiaa. Jotenkin, vakavia kertoimia vastaan, tutkijat vakuuttivat virkamiehet evakuoimaan yli 65 000 Pinatubon varjossa elävää ihmistä. Heidän väsymättömät ponnistelunsa ovat yksi suurimman tulivuorenpurkauksen menestyksekkäimmistä ponnisteluista.
15. kesäkuuta noin klo 13.42. paikallista aikaa, Pinatubo räjähti – suurin tulivuoren räjähdys Alaskan Novaruptasta vuonna 1912. Sen tuhkapilvi sisälsi 5 kuutiometriä materiaalia – noussut 40 kilometrin korkeuteen. Koska ohi oleva taifuuni toi samanaikaisesti rankkasateita, nopeasti liikkuvat tuhkan, mutan ja tulivuoren roskat virtaukseksi lahariksi ryntäsivät alas tulivuorelle, tasoittivat kaupunkeja, törmäsivät viidakon läpi ja tukahduttivat riisipellot ja sokeriruokokentät. Vesi sekoittui myös putoavan tuhkan kanssa muodostaen sementtimäisen aineen, ja monet rakennukset kaivuivat painosta. Yli 350 ihmistä kuoli purkauksen aikana, useimmat romahtaneista katoista.
Pinatubon vaikutukset eivät päättyneet kyseisenä päivänä 25 vuotta sitten. Tuhkasta tuleva kaasu heitti säämalleja ja vaimenti ilmaston lämpenemisen vaikutuksia seuraavalle vuodelle. Lahars, joka voi ajaa alas vuorelta rankkasateiden jälkeen, jatkoi uhkaamista ympäröiville väestöille yli vuosikymmenen kuluttua.
Pinatubon purkaus rikkoi maan, kirjaimellisesti ja kuvaannollisesti. Tässä on kahdeksan tapaa, joilla Pinatubo muutti tapaa, jolla lähestymme tulivuoren vaaroja ja oppimme niistä.
Ensimmäinen nopea tieteellinen arvio tulivuoren historiasta
Kun Pinatubo alkoi mölyä, PHIVOLCS perusti kolme seismometriä sen luoteisranta. Kun Yhdysvaltain geologisen tutkimuskeskuksen (USGS) tutkijat – osa tutkimuksen tulivuoren katastrofiavun ohjelmaa (VDAP) – saapuivat 23. huhtikuuta, he perustivat seismisen verkon seitsemästä asemasta, jotka sijaitsevat 1–19 kilometrin päässä tulivuoresta. Toukokuun aikana seismometrit tallensivat vähintään 200 pientä maanjäristystä päivässä.
Helikopteriin asennettu spektrometri – laite, joka kehitettiin alun perin savupiippujen päästöjen seuraamiseksi – havaitsi tuuletusaukkojen rikkidioksidipäästöjen dramaattisen kasvun. Kaasu poistuu, kun magma nousee tulivuoren sisällä, joten tämä liikkuvan magman merkki yhdessä lisääntyneen seismisyyden ja kallistumismittareiden mittaaman muodonmuutoksen kanssa sai tutkijat uskomaan, että purkaus oli välitön.
Mutta tutkijoilla oli valtava ongelma: Heillä oli ollut vain muutama viikko aikaa oppia mahdollisimman paljon Pinatubo-vuoren purkaushistoriasta ennen kuin se puhalsi. Lisää tähän toiseen haasteeseen: Tulivuoresta ei ollut olemassa perustietoja, lukuun ottamatta yhtä hiilipäivää 1980-luvun tutkimuksesta alueella mahdollisena ydinvoimalan sijaintipaikkana, sanoi geologi John Ewert ja VDAP-tiimin jäsen Filippiinit.
Yksi ensimmäisistä asioista, jonka VDAP-tiimi teki, oli tutustua Smithsonian-instituutin maailmanlaajuisen tulivuoriohjelman aktiivisten tulivuorien luetteloon. Pinatubo ei ollut tuolloin edes siinä, Ewert sanoi.
VDAP-tutkijat eivät tuhlanneet aikaa. He tutkivat muinaisten pyroklastisten virtausten ja laharien kerroksia, jotka ympäröivät tulivuoren kaikkia puolia. He keräsivät ja päivittivät näytteitä hiilestä. He lentivät helikoptereilla tulivuoren ympärillä kartoittamalla menneiden virtausten laajuutta ja vierailemalla paljasteluissa.
Ilmassa tutkijat näkivät, että pyroklastiset virtaukset ilmestyivät ”korkealle harjanteille tai harjanteille, jotka olisivat estäneet kaikki mutta suurin virtaus ”, Filippiineillä VDAP-tiimiin kuulunut vulkanologi Chris Newhall kertoi Eosille. Havainnot vahvistivat, kuinka suuri tuleva purkaus voisi olla.
Näiden tutkimusten perusteella tutkijat ajattelivat että tulivuori oli räjähtänyt vähintään kuudella purkausjaksolla viimeisen 5000 vuoden aikana, lyhyiden aktiviteettien jälkeen, joita seurasi pitkiä, hiljaisia jaksoja.Viimeisin purkaus tapahtui 500 vuotta sitten. Lisäksi ympäröivät kylät rakennettiin vanhojen pyroklastisten virtausten ja laharien varaan.
Ensimmäiset onnistuneesti mobilisoidut laajamittaiset evakuoinnit
Kesäkuun alkuun mennessä rikkidioksidipäästöt laskivat voimakkaasti noin 250 tonniin päivässä. Tutkijat epäilivät tämän tarkoittavan, että viskoosi, nouseva magma oli puristanut kiinni halkeamia tai jäähdyttänyt ja kadottanut haihtuvia aineita, estäen kummallakin tavalla kaasun pääsemisen ulos.
Noin samaan aikaan Pinatubon maanjäristysten voimakkuus ja kesto lisääntyivät. Kesäkuun alussa maanjäristysjoukot siirtyivät tulivuoren luoteisosasta juuri sen huipulle. 7. kesäkuuta alkoi laavakupolin pinta, ja 10. kesäkuuta rikkidioksidipäästöt nousivat yli 13 000 tonniin päivässä. Seuraavien päivien aikana räjähdykset – jotkut synnyttivät jopa 24 kilometrin korkeita tuhka- ja roskasäiliöitä – ravistelivat tulivuorta.
Nämä merkit viittasivat yhteen asiaan: Tulivuori oli puhaltaa. Mutta kuinka tutkijat voisivat vakuuttaa tulivuoren ympäristössä asuvat lähes miljoona ihmistä siitä, että heidän on ehkä evakuoitava?
Panokset olivat korkeat: Vain 6 vuotta aiemmin Kolumbian Nevado del Ruiz räjähti ja tappoi yli 23 000 ihmistä . ”Viestinnän hajoaminen” tutkijoiden ja paikallisviranomaisten keskuudessa oli osittain syyllinen, Ewert sanoi.
Muutamassa viikossa PHIVOLCSin ja VDAP: n tutkijoiden oli tulkittava kaikki tulivuoren purkaushistoriasta keräämänsä tiedot ja Muodosta se yksinkertaiseksi varoitusjärjestelmäksi. Järjestelmän oli oltava tehokas ja helposti sulava – tarpeeksi, jotta he voisivat saada kymmenet tuhannet tulivuoren ympäristössä asuvat ihmiset, jotka puhuivat useita eri murteita ja jopa eri kieliä, evakuoimaan.
Kieli ei ollut ainoa este. ”Yksi suurimmista haasteistamme Filippiineille saavuttaessamme oli saada ihmiset todella vakuuttumaan tulivuoresta”, Ewert sanoi. Monet paikalliset syyttivät sekä PHIVOLCSin että USGS: n tutkijoita valehtelusta taloudellisen hyödyn tai poliittisten syiden vuoksi.
Tiimi jatkoi sinnikkäästi kokoamalla kaupunkien ja pikkukylien paikallisia johtajia selittämään vaaroja ja vastaamaan kysymyksiin. Osa tästä koulukampanjasta sisälsi näyttävän videomateriaalin Nevado del Ruizin tragediasta, jossa kuvattiin tuhoisia tuhkavirtauksia, tulivuoren mutavirtoja, tuhkoja, maanvyörymiä, laavavirtauksia ja paljon muuta. Vaikka tutkijat olivat huolissaan vaarojen yliarvioinnista, lopulta he ”päättivät silloin (ja arvioivat edelleen), että väestön herättämiseen tarvitaan vahvoja kuvia”, heijastivat PHIVOLCSin ja USGS: n tutkijat vuonna 1996.
Täällä tutkijat oppinut tehokkaan oppitunnin vaarojen lieventämisestä. Kuten Ewert selitti, ”Muille maailman paikoille tapahtuneiden esittäminen ihmisille oli paljon tehokkaampaa kuin joukossa seisova tutkija, joka yritti selittää sen tulkitsevalla tanssilla ja käeeleillä.”
Kesäkuun alkuun mennessä virkamiehet vaativat 25 000 alueen asukkaan evakuointia, mukaan lukien amerikkalaiset palveluhenkilöt Clarkin lentotukikohdassa ja Yhdysvaltain merivoimien asema Subic Bayssä. ”14. kesäkuuta mennessä suositeltu evakuointisäde oli 30 kilometriä, mikä olisi koskenut kenties 400 000 ihmistä”, Newhall sanoi. Koskaan aikaisemmin ei ollut tehty niin laajaa evakuointiyritystä ennen tulivuorenpurkausta.
Siihen mennessä tulivuori purkautui 15. kesäkuuta, tiedemiehet ja virkamiehet olivat vakuuttaneet yli 65 000 ihmistä evakuoinnista. Yli 350 kuoli purkauksen aikana, mutta USGS ja PHIVOLCS arvioivat, että evakuointitoimet pelastivat 5000 ja 20 000 hengen välillä.
Tehokkaan viestinnän merkitys
Vuonna 1991 tutkijoiden oli etsittävä tietoja kirjoista, tehtävä valokopioita ja faksitietoja toisilleen, Ewert sanoi. aika ennen GPS: n aloittamista ja ennen kuin tietoja voitiin lähettää satelliitin kautta. Älypuhelimet olivat tieteiskirjallisuutta.
Aikakaudella, jossa ei ollut 24 tunnin uutissykliä, PHIVOLCSin ja USGS: n tutkijat eivät voineet toimittaa paikallisväestölle minuutti minuutin päivitykset, paljon vähemmän päivittäisiä, ja huhut levisivät. Yksi näistä huhuista väitti, että purkauksen jälkeen oli muodostunut 3 mailin pituinen halkeama ja että läheiseen Olongapon kaupunkiin vaikutti pian jättimäinen sivupuhallus.
”Matkapuhelimet auttoivat lyhyesti, niin kauan akkujensa loppuessa ”, PHIVOLCS ja USGS-tutkijat pohtivat vuonna 1996.”Mutta vasta 16. kesäkuuta voimme kertoa maalle, että kaldera oli jo muodostunut ja että purkauksen huipentuma oli todennäköisesti ohi.”
Tämän päivän kehittyneistä työkaluista olisi ollut apua, mutta ” Loppujen lopuksi onnistuneen luonnonhaittojen lieventämisen kannalta kaikki riippuu siitä, kuinka tehokkaat tutkijat ja julkiset virkamiehet ovat yhteydessä toisiinsa ja yleisöön ”, Ewert kertoi Eosille.
Uusi ymmärrys useita purkauksia aiheuttavien purkausten aiheuttajista. Magmatyypit
Räjähdyksen jälkeen jäähdytetyn laavan tutkimukset paljastivat, että purkaukseen liittyi erilaisia magmatyyppejä, ilmiö, joka oli nähty aiemmin, mutta jota ei täysin ymmärretty. Tutkijat olivat olleet tietoisia magma-sekoituksista, mutta he eivät olleet varmoja siitä, mikä ne laukaisi, Ewert sanoi.
Magma voidaan luokitella tyyppeihin, jotka erottavat muun muassa piidioksidin määrän ja viskositeetin. Basaltin tulivuorilla, kuten Havaijilla, on vähemmän viskoosisia, ”juoksevia” magma-altaita. Dasiitista tai ryoliitista valmistettu piimagma on tarttuvampaa ja viskoosimpaa. Se sisältää enemmän kaasua, joka paineistettuna purkautuu räjähtävämmin.
Laavakerrostumien tutkimukset Pinatubon räjähdyksen jälkeen paljastivat jotain utelias: rinnakkain asetetut mineraalit, jotka eivät normaalisti rinnakkain olisi olemassa, jos magma olisi tullut yhdestä lähteestä, Newhall selitti. alun perin sekoitus basaltia ja dasiittia ennen purkausta. Mutta purkauksen loppuun mennessä magma oli täysin dacite.
Basaltimagma on tiheämpää kuin dasiitti, joten pelkästään tiheyden perusteella ”basaltin olisi pitänyt olla jäänyt loukkuun daciten alle ”, Newhall sanoi. Sen sijaan se nousi dasiittiin ja sekoittui sen kanssa. Mutta miten?
Ensinnäkin, kun raikas, runsaasti vettä sisältävä ja huomattavasti kuumempi basaltti osui viileämpään dasiittisäiliöön, basaltti kiteytyi, Newhall selitti. Se puristi basaltin vettä ja muita liuenneita kaasuja jäljellä olevaan sulaan. Sen sijaan, että pysyisivät suljettuina, haihtuvat aineet pakenivat sulasta ja ”muodostivat pieniä kuplia, jotka pienensivät koko basaltisen magman tiheyttä”, Newhall sanoi. ”Joten se oli kelluva ja nousi ja sekoitettiin pieneen määrään dasiittia. Se lisäsi vielä enemmän haihtuvia aineita. ”
Tuloksena oleva liete oli silti vähemmän tiheää kuin sen ympäristö, joten se jatkoi nousua ja puhkesi ensimmäisenä. Lopulta dasiitti itse kuumensi tarpeeksi nousemaan pintaan ja purkautumaan.
Tämä magmasekoitus ilmeni hienovaraisina jyrinä, jotka ajoittain kesti noin minuutin pituisia, kutsutaan syvän pitkän ajanjakson (DLP) maanjäristyksiksi. Pitkän ajan maanjäristykset osoittavat, että magma tunkeutuu ympäröivään kallioon, mutta tutkijat olivat havainneet näitä tapahtumia useammin alle 10 kilometrin syvyydessä. Ennen Pinatuboa DLP-maanjäristyksiä oli havaittu harvoin eikä niitä ymmärretty täysin.
Nykyään DLP-maanjäristykset ovat ”jotain, mitä etsimme, jos meillä on tulivuori, joka on heräämässä”, Ewert sanoi. Tällainen signaali antaa tutkijoille vihjeitä tulivuoren putkistossa tapahtuviin liikkeisiin.
Löytö, joka paljastaa enemmän kaasua kuin kalliotutkimukset voivat paljastaa
Pinatuboon saakka tutkijat olettivat, että tulivuorenpurkauksessa vapautuneen kaasun määrä – lähinnä vettä höyryä, hiilidioksidia ja rikkidioksidia – säätelivät purkautuneen magman tilavuus ja kyllästystasot, jotka kaasu voi saavuttaa magmassa magman lämpötilasta riippuen. Tämän tiedon kerääminen edellyttää jäähdytetyn laavan kiteiden tutkimista purkauksen jälkeen, Ewert sanoi .
Mutta tutkijat löysivät Pinatubosta tutkimalla suoraan päästöjä, oli, että ”ilmakehässä oli paljon enemmän rikkikaasua kuin mitä voitaisiin selittää ”Tutkimalla kiteitä, Ewert sanoi. Tämä tarkoitti, että vesihöyryn ja hiilidioksidin päästöt – päästöt hallitsevat kaasut – olivat myös enemmän kuin tutkijat odottivat.
Ennen Pinatuboa tutkijat ajattelivat, että kaasu, jota ei voida liuottaa magmaan, pääsi tuuletusaukkojen kautta. pintaan. Mutta räjähdyksestä vapautui valtava 17 megatonnia rikkidioksidia satelliittispektrometrillä mitattuna.Tämä tarkoitti sitä, että suuria määriä kaasua voisi kerääntyä kuplina ja jäädä magmakammioon, Newhall selitti.
Koska tämä ylimääräinen kaasu tekee purkauksesta räjähtävämmän, voi jopa olla, että tällaista vapaata kaasua tarvitaan Pinatubolle -tyyppinen purkaus, Newhall sanoi. Jos haihtuvia aineita on jo liikaa, ne voivat laajentua heti paineen laskiessa ilman viivästymistä diffuusiosta sulan läpi.
Tieto siitä, että magmat voivat pitää ylimääräistä kaasua, voi auttaa ennustamiseen, Newhall selitti. Esimerkiksi, jos tulivuori on kytketty tulppaansa edellisen purkautumisensa jälkeen, mutta sitä on kuitenkin jatkuvasti ladattu tuoreella magmalla ja kaasulla syvyydestä, tutkijat voivat tutkia purkausten välistä aikaa arvioidakseen, onko tulivuorelle kertynyt tarpeeksi ylimääräistä kaasua, jotta se olisi erityisen räjähtävä.
Ilmakehän kierron yksityiskohtien valaistus
Ennen purkausta ja sen aikana vapautuneen rikkidioksidin kokonaismäärä aiheutti syvimmän vaikutuksen stratosfääriin Krakataun jälkeen vuonna 1883. Muodostuneet rikkihapon aerosolit rikkidioksidi kiertää maata 3 viikon kuluessa ja pysyi ilmakehässä 3 vuotta heijastamalla riittävästi auringonvaloa jäähdyttämään koko planeettaa puoli celsiusastetta tuona aikana.
Seuraavan talven aikana , Euroopassa oli yllättävän lämpimiä lämpötiloja. Tätä talven lämpenemistä ei ollut havaittu aikaisempien tulivuorenpurkausten jälkeen, kuten Meksikon El Chichón vuonna 1982. Mitä voi tapahtua?
Ilmakehän kiertomallien ja tietokonesimulaatioiden avulla voit tutkia kuinka Pinatubon rikkiaerosolipilvi kulki ympäri Maapallon tutkijat havaitsivat, että rikkihappoaerosolit heijastavat auringonvaloa ulospäin absorboimalla lämpöä alapuolelta, mikä johtaa troposfäärin jäähtymiseen samalla kun alempi stratosfääri kuumenee, kertoi ilmakehätiedustaja Alan Robock Rutgersin yliopistosta New Brunswickissä, NJ
Tämä lämpötilagradientti vahvisti arktista oskillaatiota, joka on arktisen alueen kiertävä tuulimalli. Vahvassa vaiheessaan arktinen värähtely vetää lämmintä ilmaa valtamerestä, lämmittäen Pohjois-Eurooppaa ja siirtäen pohjoiseen maailmanlaajuisen suihkuvirran – ”tuulen joen”, joka virtaa ympäri maailmaa.
Siirtynyt suihkuvirta sallittu lämpimät tuulet virtaavat pohjoisen pallonpuoliskon yli talvella, Robock sanoi. Koska suihkuvirta virtaa aallon tavoin, kun Euroopalle tuli etelästä lämpimää ilmaa, Lähi-itä sai kylmää ilmaa pohjoisesta, mikä toi Jerusalemiin pahin lumimyrsky 40 vuoden aikana.
”Pinatubon purkauksen aikana kukaan ei tiennyt talven lämpenemisestä”, Robock sanoi. Robock lisäsi mallinnuksen kehityksen ja Pinatubon purkauksen erittäin seurattujen ilmastovaikutusten lisäksi ilmatieteen tutkijat paremmin valmistautuvan ennustamaan seuraavan suuren purkauksen maailmanlaajuiset vaikutukset.
Ihmiset aiheuttavat ilmaston lämpenemistä.
Purkaus auttoi tutkijoita lopullisesti julistamaan, että ihmisen kasvihuonekaasupäästöt ovat syyllisiä ainakin viimeisten 60–70 vuoden lämpenemiseen.
Tutkijat seurasivat Pinatubon purkauksesta peräisin olevia rikkiaerosoleja he matkustivat ympäri maailmaa. Kahden vuoden ajan räjähdyksen jälkeen pintalämpötilat jäähtyivät, kuten ilmastomallit ennustivat, mukaan lukien Pinatubon injektiot ilmakehään. Lämpötilat nousivat jälleen, kun jäähdytys aerosolit putosivat ilmakehästä.
Pinatubo oli tavallaan luonnollinen ilmastokokeilu mallien testaamiseksi ja kalibroimiseksi. Tutkijat liittivät havaitut tulivuorenpäästöt ilmastonmuutosmalleihin, joissa kasvihuonekaasupäästöt olivat ihmisen aiheuttamia. Simulaatioissa, joihin sisältyi vain tulivuorenpurkauksia, tutkijat eivät nähneet viimeisten 60–70 vuoden jatkuvaa lämpenemistä, Robock selitti.
Tämä havainto auttoi ilmastotieteilijöitä terävöittämään mallejaan edelleen ja vahvistamaan, että ihmiset – ja ennennäkemättömät määrät kasvihuonekaasuja, joita ne pumppaavat ilmakehään joka vuosi – ovat syyllisiä lämpenevään ilmastoon. Hallitustenvälinen ilmastonmuutospaneeli pystyi käyttämään näitä äskettäin terävöitettyjä malleja tukemaan edelleen ilmastonmuutoksen omaksumista ihmisen toimintaan.
Lisää painoa argumentteihin geotekniikkaa vastaan
Jotkut tutkijat ovat ehdottaneet hakkerointi omaan ilmakehäämme ilmastonmuutoksen vaikutusten torjumiseksi, mutta Pinatubon purkaus aiheutti suurta huolta siitä, voitaisiinko tällaista suoraa manipulointia hallita. ”Geoinsinöörinä” tunnettu yksi näistä menetelmistä sisältäisi rikkidioksidihiukkasten ruiskuttamisen ilmakehään aivan kuten tulivuorenpurkaus.
Robock ja muut tutkijat ovat yhtä mieltä siitä, että tällaisella injektiolla olisi kielteisiä seurauksia.Yksi seuraus on ilmakehän otsonikerroksen tuhoutuminen, joka estää vaarallisten ultraviolettisäteiden pääsyn maapallolle.
Rikkihappopartikkeleiden pilvet – jotka syntyvät, kun stratosfääriin vasta ruiskutettu rikkidioksidi kohtaa veden – antavat pintoja, joille otsoni – tuhoavat kemialliset reaktiot tapahtuvat. Kahden vuoden kuluttua purkauksesta ilmakehän otsonihäviö kiihtyi, ja eteläisen pallonpuoliskon otsonireikä kasvoi ”ennennäkemättömään kokoon”.
Robock sanoi, että ilmaston lämpenemisen pysäyttämiseksi ihmisten olisi pistettävä 100 miljoonaa tonnia rikkidioksidia ilmakehään vuosittain – mikä tarkoittaa noin viittä Pinatubo-purkausta vuodessa. Tutkijat ovat yleensä yhtä mieltä siitä, että geotekniikan seuraukset ovat liian riskialttiita yrittämään. Hiilidioksidipäästöjä ja turvallisempaa olisi vähentää. ” pidä fossiilisia polttoaineita maassa ”, Robock sanoi.
Pinatubon perintö
Vuonna 1996 USGS: n ja PHILVOLCSin tutkijat kirjoittivat tämän pelottavan muistutuksen kuinka, jos tekijät olisivat olleet erilaiset, katastrofia ei ehkä olisi voitu välttää Pinatubo-vuorella: ”Jälkikäteen meidän olisi pitänyt olla vähemmän huolissamme vaaran yliarvioimisesta ja enemmän huolestumisesta nopeutetuista evakuointivalmisteluista. Pinatubo melkein ohitti meidät.”
Pinatubon vuori on toistaiseksi suhteellisen hiljainen, noin 300 metriä lyhyempi kuin ennen kuin se räjähti 25 vuotta sitten. Mitä seuraavat 25 vuotta saattavat tuoda Pinatubolle? Aika näyttää.
– JoAnna Wendel, henkilöstökirjailija; ja Mohi Kumar, tieteellisen sisällön toimittaja, Eos.org