1991. április 3-án Emma Fondevilla nővér, egy misszionárius, aki egy Aeta őshonos faluban él, a széleken. a Fülöp-szigeteki Luzon-szigeten fekvő Pinatubo-hegyen falusiak csoportját vezette, hogy találkozzon a Fülöp-szigeteki Vulkanológiai és Szeizmológiai Intézet (PHIVOLCS) tudósaival. Fondevilla és a falusiak a tudósoknak egy sor gőzkitörésről meséltek a hegy északnyugati oldalán.
Ami később kibontakozott, megváltoztatta a történelmet. A tudósok valahogyan a súlyos esélyek ellenére meggyőzték a tisztviselőket, hogy több mint 65 ezer embert meneküljenek ki Pinatubo árnyékában. Fáradhatatlan erőfeszítéseik a nagy vulkánkitörés egyik legsikeresebb veszélycsökkentő erőfeszítései.
Június 15-én, körülbelül 13: 42-kor. helyi idő szerint Pinatubo robbant ki – a legnagyobb vulkáni robbanás az alaszkai Novarupta 1912 óta. Hamufelhője 5 köbkilométer anyagot tartalmazott – 40 kilométer magasra emelve. Mivel egy elhaladó tájfun egyszerre hozott heves esőzéseket, a gyorsan mozgó hamu, iszap és lahárnak nevezett vulkáni törmelék áramlása rohant lefelé a vulkánon, laposította a városokat, átszakította a dzsungelt, és elfojtotta a rizsföldeket és a cukornád mezőket. A víz elesett hamuval is keveredett, cementszerű anyagot képezve, és sok épület belesikolt a súlyba. A kitörés során több mint 350 ember halt meg, leginkább a beomló tetők miatt.
A Pinatubo hatásai ezen a napon nem zárultak le 25 évvel ezelőtt. A kőrisgolyóból származó gáz megrázta az időjárási szokásokat és csillapította a globális felmelegedés következményeit a következő évre. A Lahars, amely heves esőzések után lefuthat egy hegyről, több mint egy évtizeddel később is fenyegetést jelentett a környező lakosságra.
Pinatubo kitörése szó szerint és átvitt értelemben is földet tört. Íme nyolc módszer, amellyel Pinatubo megváltoztatta a vulkáni veszélyek megközelítésének és tanulásának módját.
A vulkán történetének első gyors tudományos értékelése
Amint Pinatubo elkezdett dübörögni, a PHIVOLCS három szeizmométert állított be északnyugati szárnya. Miután az Egyesült Államok Geológiai Felmérésének (USGS) tudósai – a felmérés vulkán katasztrófavédelmi programjának (VDAP) részei – április 23-án megérkeztek, felállítottak egy szeizmikus hálózatot hét állomásról, amelyek a vulkántól 1 és 19 kilométer távolságra helyezkednek el. Május folyamán a szeizmométerek legalább 200 kisebb földrengést regisztráltak naponta.
Egy helikopterre szerelt spektrométer – egy eszköz, amelyet eredetileg a füstölgőkből származó kibocsátások nyomon követésére fejlesztettek ki – a szellőzőnyílások kén-dioxid-kibocsátásának drámai növekedését követte. A gáz eltávozik, amikor a magma emelkedik a vulkánon belül, így a mozgó magma ez a jele, valamint a növekvő szeizmicitás és deformáció a dőlésmérők által mért értékek arra késztették a tudósokat, hogy azt hitték, hogy kitörés áll fenn.
De a tudósok hatalmas problémával szembesültek: Csak néhány hét állt rendelkezésükre ahhoz, hogy a lehető legtöbbet megtudhassák a Pinatubo-hegy kitörési történetéről, mielőtt felrobbant. Ehhez még egy kihívás: Nincs még alapinformáció a vulkánról, kivéve egy széndátumot a terület 1980-as évekbeli vizsgálatából, amely az atomerőmű lehetséges helyszíne volt – mondta John Ewert geológus, a VDAP csapatának tagja, a Fülöp-szigeteken.
Az egyik első dolog, amit a VDAP csapata tett, az a Smithsonian Intézet Globális Vulkanizmus Programjának aktív vulkánjainak katalógusa volt. Pinatubo akkor még nem volt benne, mondta Ewert.
A VDAP tudósai nem vesztegettek időt. Ősi piroklasztikus folyások és lahárok rétegeit vizsgálták, amelyek körülvették a vulkán minden oldalát. Szénmintákat gyűjtöttek és kelteztek. Helikopterekkel repültek a vulkán körül, feltérképezve a múltbeli áramlások mértékét és meglátogatva a kiugrásokat.
A tudósok a levegőből azt látták, hogy a piroklasztikus áramlatok “magasan a hegygerinceken vagy a hegygerinceken jelentek meg, amelyek elzárták volna az összes de a legnagyobb áramlás ”- mondta Chris Eehol, a Fülöp-szigeteki VDAP csapatának tagja volt vulkanológus az Eosnak. A megfigyelések megerősítették, hogy mekkora lehet a közelgő kitörés.
Ezekből a tanulmányokból kitalálták a tudósok hogy a vulkán az elmúlt 5000 év során legalább hat kitörési periódusban robbant fel, rövid tevékenységek után hosszú, csendes időszakok következtek.A legutóbbi kitörés 500 évvel ezelőtt történt. Ráadásul a környező falvak régi piroklasztikus áramlásokra és lahárokra épültek.
Először sikeresen mobilizált széles körű evakuálás
Június elejére a kén-dioxid-kibocsátás meredeken, napi 250 tonnára csökkent. A tudósok azt gyanították, hogy ez azt jelenti, hogy a viszkózus, emelkedő magma bezárta a repedéseket, vagy hűlt és elvesztette az illékony anyagokat, mindenesetre megakadályozta a gáz szökését.
Körülbelül ugyanabban az időben a Pinatubo-i földrengések erőssége és időtartama megnőtt. Június elején a földrengés-klaszterek a vulkántól északnyugatra a csúcsa alá költöztek. Június 7-én egy lávakupola kezdett felszínre kerülni, és június 10-én a kén-dioxid-kibocsátás napi több mint 13 000 tonnára ugrott. Az elkövetkező napokban robbanások – egyesek akár 24 kilométer magas hamu- és törmelékoszlopokat hoztak létre – megrázták a vulkánt.
Ezek a jelek egy dologra utaltak: A vulkán hamarosan felrobbant. De hogyan tudnák meggyőzni a tudósok a vulkán környékén élő közel egymillió embert arról, hogy esetleg ki kell üríteniük?
A tét nagy volt: Alig 6 évvel korábban a kolumbiai Nevado del Ruiz több mint 23 000 embert ölt meg és megölt. . Részben a tudósok és a helyi hatóságok közötti “kommunikáció megszakadása” volt a hibás, mondta Ewert.
Néhány hét alatt a PHIVOLCS és a VDAP tudósainak értelmezniük kellett a vulkán kitörési történetéről összegyűjtött összes adatot, és egyszerű figyelmeztető sémává kell formálnia. A rendszernek hatékonynak és könnyen emészthetőnek kellett lennie – elég ahhoz, hogy a vulkán környékén élő emberek tízezreit meggyőzhessék, akik több különböző nyelvjárást és még különböző nyelveket beszélnek.
A nyelv nem volt az egyetlen akadály. “A Fülöp-szigetekre érve az egyik legnagyobb kihívásunk az volt, hogy valóban meggyőzzük az embereket, hogy valóban vulkánok” – mondta Ewert. Sok helyi vádolta a PHIVOLCS és az USGS tudósait, hogy anyagi haszonszerzés vagy politikai okokból hazudtak.
A csapat kitartott, és összegyűjtötte városok, kis falvak helyi vezetőit, hogy elmagyarázzák a veszélyeket és megválaszolják a kérdéseket. Ennek az oktatási kampánynak a részeként a Nevado del Ruiz tragédiából rettenetes videofelvételeket mutattak be, amelyek romboló hamuáramokat, vulkáni sáráramokat, hamueséseket, földcsuszamlásokat, lávafolyásokat és egyebeket ábrázoltak. Noha a tudósok aggódtak a veszélyek túlértékelése miatt, végül “akkor ítélték meg (és ítélik meg), hogy erős képekre van szükség a lakosság felébresztéséhez” – tükrözték a PHIVOLCS és az USGS tudósai 1996-ban.
Itt a tudósok hatalmas leckét tanult a veszélyek enyhítésében. Mint Ewert kifejtette: “Az emberek megmutatása, mi történt a világ más helyein, sokkal hatékonyabb volt, mint egy tudós, aki tömegben állt fel, és értelmező tánccal és kézmozdulatokkal próbálta megmagyarázni.”
Június elejéig a tisztviselők 25 ezer, a környéken élő ember, köztük a Clark légibázison és a Subic Bay-i amerikai haditengerészeti állomáson tartózkodó emberek kiürítését kérték. “Június 14-ig az ajánlott kiürítési sugár 30 kilométer volt, ami talán 400 000 emberre vonatkozott volna” – mondta Newhall. Soha még nem tettek ilyen széleskörű evakuálási kísérletet a vulkánkitörés előtt.
Mire a vulkán június 15-én tört ki, a tudósok és az állami tisztviselők több mint 65 000 embert győztek meg evakuálásra. A kitörés során több mint 350-en haltak meg, de az USGS és a PHIVOLCS becslései szerint a kiürítési erőfeszítések 5000 és 20 000 közötti életet mentettek meg.
A hatékony kommunikáció fontossága
1991-ben a tudósoknak könyvekben kellett utánajárniuk az információknak, fénymásolatokat kellett készíteniük és faxolniuk kellett információkat egymásnak – mondta Ewert. egy idő, mielőtt a GPS-t elküldhetnék az adatok műholdon keresztül. Az okostelefonok tudományos fantasztikusak voltak.
A 24 órás hírciklus nélküli korszakban a PHIVOLCS és az USGS tudósai nem tudták a helyi lakosságot percről percre ellátni. perces frissítések, sokkal kevésbé napról napra, és pletykák terjednek. E pletykák egyike azt állította, hogy a kitörés után 3 mérföld hosszú hasadék keletkezett, és hogy a közeli Olongapo városát hamarosan óriási oldalrobbantás éri.
“A mobiltelefonok rövid ideig segítettek, amíg amint az akkumulátoruk eltartott ”- tükröződött a PHIVOLCS és az USGS tudósai 1996-ban.”De csak június 16-án mondhattuk el az országnak, hogy már kialakult egy kaldera, és hogy a kitörés csúcspontja valószínűleg elmúlt.”
A mai korszerű eszközök hasznosak lettek volna, de ” a sikeres természeti veszélyek mérséklésének vége mindez azon múlik, hogy a tudósok és az állami tisztviselők mennyire hatékonyak a kommunikációban egymással és a nyilvánossággal. ”- mondta Ewert az Eos-nak.
A többszörös kitörések kiváltó okainak új megértése. A magma típusai
A robbanás után a lehűlt láva vizsgálata során kiderült, hogy a kitörés különböző típusú magmák keverékét jelentette, ezt a jelenséget korábban látták, de nem teljesen értették. A tudósok tudtak a vegyes magma kitörésekről, de nem voltak biztosak abban, hogy mi váltja ki őket – mondta Ewert.
A magma olyan típusokba sorolható, amelyek megkülönböztetik a többi tulajdonság mellett a szilícium-dioxid mennyiségét és viszkozitását. A bazalt vulkánok, csakúgy, mint a Hawaii-on, kevésbé viszkózus, “folyós” magmás medencékkel rendelkeznek. A szilícium-magma – dacitból vagy riolitból készült – ragadósabb és viszkózusabb. Több gázt tartalmaz, amely nyomásmentes állapotban robbanásszerűen kitör.
A lava lerakódások vizsgálata a Pinatubo felrobbantása után valami furcsaságot tárt fel: ásványi anyagok álltak egymás mellett, amelyek normálisan nem léteznének együtt, ha a magma egy forrásból származna – magyarázta Newhall. A termikus aláírások – például a részlegesen felszívódó kristályok, a kristályok közötti kémiai diffúzió – azt sugallták, hogy a magma kezdetben a kitörés előtt a bazalt és a dacit keveréke volt. De a kitörés végére a magma teljesen dacit volt.
A bazalt magma sűrűbb, mint a dacit, ezért csak a sűrűség alapján “a bazaltnak kellett volna lennie csapdába esett a dacit alatt – mondta Newhall. Ehelyett a dacitba emelkedett és összekeveredett vele. De hogyan?
Először, amikor a friss, vízben gazdag és lényegesen forróbb bazalt a hűvösebb dacit tározóba ütközik, a bazalt kikristályosodott – magyarázta Newhall. Ez a bazalt vizét és más oldott gázokat a maradék olvadékba szorította. Ahelyett, hogy korlátozottan maradtak volna, az illékony anyagok kiszabadultak az olvadékból, és “apró buborékokat képeztek, amelyek csökkentették az általános bazaltos magma sűrűségét” – mondta Newhall. “Tehát felhajtó volt, és kis mennyiségű dacitba keveredett. Ez még több illékony anyagot adott. ”
A keletkező hígtrágya még mindig kevésbé volt sűrű, mint a környezete, így folyamatosan emelkedett, és először tört ki. Végül maga a dacit is eléggé felmelegedett ahhoz, hogy a felszínre emelkedjen és kitörjön.
Ez a magma keveredés finoman dübörgő földrengésekként nyilvánult meg, amelyek időnként körülbelül egy percig tartottak, úgynevezett mély hosszú időtartamú (DLP) földrengéseknek. A hosszú ideig tartó földrengések azt jelzik, hogy a magma behatol a környező kőzetbe, de a tudósok gyakrabban figyelték meg ezeket az eseményeket kevesebb mint 10 kilométeres mélységben. Pinatubo előtt a DLP földrengéseket ritkán figyelték meg, és nem teljesen értették őket.
Manapság a DLP földrengéseket “olyasmi, amire keresünk, ha van egy vulkánunk, amely felébred” – mondta Ewert. Egy ilyen jelzés a tudósok számára nyomok a vulkán vízvezetékén belüli mozgásokról.
Felfedezés, amely több gázt képes kitörni, mint amennyit a kőzetek vizsgálata feltárhat
A Pinatubo-ig a tudósok azt feltételezték, hogy egy vulkánkitörés által kibocsátott gázmennyiség – főleg víz gőz, szén-dioxid és kén-dioxid – a kitört magma térfogata és a telítettség szintje, amelyet a gáz elérhet a magmában, a magma hőmérsékletétől függően. Ezen információk összegyűjtése magában foglalja a kihűlt láva kristályainak vizsgálatát egy kitörés után – mondta Ewert. .
De amit a tudósok a Pinatubóban a kibocsátások közvetlen tanulmányozásával találtak, az az volt, hogy “jóval több kéngáz bocsátott ki a légkörben, mint amennyivel elszámolni lehetett Kristályok tanulmányozásával mondta Ewert. Ez azt jelentette, hogy a vízgőz és a szén-dioxid – a kibocsátásokban domináló gázok – kibocsátása is több volt, mint amire a tudósok számítottak.
A Pinatubo előtt a tudósok azt gondolták, hogy a magmába nem oldható gáz a szellőzőnyílásokon keresztül távozott. a felszínre. Óriási 17 megatonna kén-dioxid szabadult fel a robbanás hatásával, műholdas spektrométerrel mérve.Ez azt jelentette, hogy nagy mennyiségű gáz felhalmozódhat buborékként és megmaradhat a magmakamrában – magyarázta Newhall.
Mivel ez a felesleges gáz robbanásveszélyessé teszi a kitörést, akár az is lehet, hogy ilyen szabad gázra van szükség egy Pinatubo számára -szerű kitörés mondta Newhall. Ha az illékony anyagok már feleslegben vannak, a nyomás csökkenése után azonnal kitágulhatnak, késedelem nélkül diffundálódhatnak az olvadékon keresztül.
Annak ismerete, hogy a magmák megtarthatják a felesleges gázt, elősegítheti az előrejelzési erőfeszítéseket – magyarázta Newhall. Például, ha egy vulkán a korábbi kitörése óta dugva van, de mélységből folyamatosan feltöltődött friss magmával és gázzal, a tudósok megvizsgálhatják a kitörései között eltelt időt annak felmérésére, hogy a vulkán elegendő felesleges gázt felhalmozott-e ahhoz, hogy különösen robbanékony legyen.
Részletek megvilágítása a légköri cirkulációról
A kitörés előtt és alatt a felszabaduló kén-dioxid teljes mennyisége a sztratoszférára gyakorolt legmélyebb hatást 1883-ban Krakatau óta. A képződött kénes aeroszolok a kén-dioxidból 3 héten belül körbejárta a Földet, és 3 évig a légkörben maradt, elegendő napfényt tükrözve ahhoz, hogy az idő alatt az egész bolygót fél Celsius fokkal lehűtse.
A következő télen azonban , Európában meglepően meleg hőmérséklet volt tapasztalható. Ezt a téli felmelegedést a korábbi vulkánkitörések, például a mexikói El Chichón 1982-ben nem figyelték meg. Mi történhet?
Légköri keringési modellek és számítógépes szimulációk segítségével tanulmányozzuk, hogyan közlekedett a Pinatubo kénes aeroszolfelhője a A tudósok azt találták, hogy a kénes aeroszolok kifelé visszaverik a napfényt, miközben elnyelik az alulról érkező hőt, ami a troposzféra lehűléséhez vezet, miközben az alsó sztratoszférát felmelegíti. Ez a hőmérséklet-gradiens megerősítette az Északi-sarkvidék oszcillációját, a szélmintát az Északi-sark körül. Erős fázisában az északi-sarki oszcilláció meleg levegőt húz az óceánból, felmelegíti Észak-Európát, és észak felé tolja el a globális sugáráramot – a szél “folyóját”, amely a földkerekségen folyik.
Az eltolt sugáráram megengedett meleg szelek áramlanak az északi féltekén a tél folyamán, mondta Robock. Mivel a sugáráram hullámként folyik, miközben Európában délről meleg levegő érkezik, a Közel-Kelet északról hidegebb levegőt kapott, Jeruzsálembe a legrosszabb hóvihart hozva 40 év múlva.
“A Pinatubo-kitörés idején még senki sem tudott a téli felmelegedésről” – mondta Robock. A modellezés terén elért eredmények, valamint a Pinatubo kitörésének erősen figyelt légköri hatásai mellett a légköri tudósok jobban felkészültek a következő nagy kitörés globális hatásainak előrejelzésére – tette hozzá Robock.
Egy megerősített eset, amelyet az emberek globális felmelegedéshez vezetnek
A kitörés segített a tudósoknak végérvényesen kijelenteni, hogy az emberi üvegházhatású gázok kibocsátása a felelős legalább az elmúlt 60–70 éves felmelegedésért.
A tudósok a Pinatubo kitöréséből származó kénes aeroszolokat követték nyomon bejárták a világot. A robbanást követő 2 éven át a felületi hőmérséklet lehűlt, ahogyan azt az éghajlati modellek előrejelezték, amelyek Pinatubo légkörbe történő injekcióit tartalmazták. A hőmérsékletek ismét emelkedtek, amint a hűtő aeroszolok kiesnek a légkörből.
A Pinatubo bizonyos értelemben természetes klímakísérletként szolgált a modellek tesztelésére és kalibrálására. A tudósok a megfigyelt vulkáni emissziókat az üvegházhatású gázok antropogén kibocsátásával és anélkül is bekötötték az éghajlatváltozási modellekbe. A csak vulkánkitöréseket magában foglaló szimulációkban a tudósok nem látták az elmúlt 60–70 év folyamatos felmelegedését – magyarázta Robock.
Ez a megfigyelés segítette az éghajlati tudósokat a modellek tovább élesítésében, megerősítve, hogy az emberek – és a soha nem látott mennyiségű üvegházhatást okozó gáz, amelyet évente a légkörbe pumpálnak, okolható a melegedő éghajlatért. Az éghajlatváltozással foglalkozó kormányközi testület ezeket az újonnan kiélezett modelleket felhasználva tovább tudta támogatni a klímaváltozás emberi tevékenységekhez való hozzárendelését.
Nagyobb súly az érveknek a geomérnöki tevékenység ellen
Egyes tudósok szerint betörés a saját légkörünkbe, hogy ellensúlyozza a klímaváltozás hatásait, de Pinatubo kitörése nagy aggodalmat keltett azzal kapcsolatban, hogy az ilyen közvetlen manipuláció ellenőrizhető-e. A “geoengineering” néven ismert módszerek egyike a kén-dioxid részecskéknek a légkörbe történő befecskendezésével járna, akárcsak egy vulkánkitörés.
Robock és más tudósok egyetértenek abban, hogy ez a fajta injekció negatív következményekkel járna.Ennek egyik következménye a légkör ózonrétegének megsemmisülése, amely megakadályozza a veszélyes ultraibolya sugarak bejutását a Földre.
A kénsavrészecskék felhői – akkor keletkeznek, amikor a sztratoszférába újonnan befecskendezett kén-dioxid találkozik a vízzel – olyan felületeket biztosítanak, amelyeken az ózon -károsító kémiai reakciók mennek végbe. A kitörést követő 2 évben felgyorsult a légköri ózon pusztulása, és az ózonlyuk a déli féltekén “soha nem látott méretűre” nőtt.
Robock szerint a globális felmelegedés megállításához az embereknek injekciót kell beadniuk Évente 100 millió tonna kén-dioxid kerül a légkörbe – ez évente körülbelül öt Pinatubo-kitörést jelent. A tudósok általában egyetértenek abban, hogy a geomérnöki munka következményei túl kockázatosak a kísérlethez. Biztonságosabb és praktikusabb lenne a szén-dioxid-kibocsátás csökkentése és tartsa a földön a fosszilis tüzelőanyagokat – mondta Robock.
Pinatubo öröksége
1996-ban az USGS és a PHILVOLCS tudósai írták ezt a kijózanító emlékeztetőt hogy ha a tényezők eltérőek lettek volna, akkor a katasztrófát nem sikerült elhárítani a Pinatubo-hegynél: “Utólag kevésbé kellett volna aggódnunk a veszély túllépése miatt, és jobban kellett volna aggódnunk a gyors evakuálási felkészülés miatt. Pinatubo majdnem megelőzött minket.”
A Pinatubo-hegy egyelőre viszonylag csendes, mintegy 300 méterrel rövidebb, mint 25 évvel ezelőtt felrobbant. Mit hozhat a következő 25 év Pinatubónak? Az idő megmutatja.
– JoAnna Wendel, a személyzet írója és Mohi Kumar, az Eos.org tudományos tartalomszerkesztője