1991 년 4 월 3 일, 옆에있는 Aeta 마을에 거주하는 선교사 인 Emma Fondevilla 수녀님 필리핀 루손 섬의 피나투보 산 (Mount Pinatubo)은 마을 사람들을 이끌고 필리핀 화산 지진학 연구소 (PHIVOLCS)의 과학자들을 만나게되었습니다. Fondevilla와 마을 사람들은 산의 북서쪽에서 발생한 일련의 증기 폭발에 대해 과학자들에게 말했습니다.
다음에 펼쳐진 것은 역사를 바꿀 것입니다. 어떻게 든 심각한 확률에 반하여 과학자들은 피나투보의 그림자에 살고있는 65,000 명 이상의 사람들을 대피 시키도록 관리들을 설득했습니다. 그들의 지칠 줄 모르는 노력은 대규모 화산 폭발의 가장 성공적인 위험 완화 노력 중 하나입니다.
6 월 15 일 오후 1시 42 분경 현지 시간으로 Pinatubo는 1912 년 알래스카의 Novarupta 이후 가장 큰 화산 폭발로 폭발했습니다. 화산재 구름에는 5 입방 킬로미터의 물질이 포함되어 있으며 높이가 40km로 높아졌습니다. 지나가는 태풍이 동시에 폭우를 가져 왔기 때문에 재, 진흙, lahars라고 불리는 화산 파편의 빠르게 움직이는 흐름이 화산을 몰아 내고 마을을 평평하게 만들고 정글을 부수고 논과 사탕 수수 밭을 질식 시켰습니다. 물은 또한 떨어지는 재와 섞여 시멘트와 같은 물질을 만들고 많은 건물이 무게로 인해 움푹 들어갔다. 분화로 350 명 이상이 사망했으며 대부분은 지붕 붕괴로 인해 사망했습니다.
Pinatubo의 효과는 25 년 전 그 날짜에 끝나지 않았습니다. 화산재 기둥에서 나오는 가스는 날씨 패턴을 뒤흔들었고 내년 지구 온난화의 영향을 약화 시켰습니다. 폭우 후 산을 질주 할 수있는 Lahars는 10 년 이상이 지난 후에도 주변 인구에 계속 위협을가했습니다.
Pinatubo의 폭발은 말 그대로 그리고 비 유적으로 시작되었습니다. 다음은 Pinatubo가 화산 위험에 대한 접근 방식과 학습 방식을 변경 한 8 가지 방법입니다.
화산 역사에 대한 최초의 신속한 과학적 평가
Pinatubo가 울퉁불퉁하기 시작하자 PHIVOLCS는 3 개의 지진계를 설치했습니다. 북서쪽 측면. 미국 지질 조사국 (USGS) 과학자 (조사의 화산 재해 지원 프로그램 (VDAP)의 일부)가 4 월 23 일에 도착한 후 그들은 화산에서 1 ~ 19km 떨어진 곳에 7 개의 스테이션으로 구성된 지진 네트워크를 구축했습니다. 지진계는 5 월 내내 하루에 최소 200 회의 작은 지진을 기록했습니다.
헬기 장착 분광계 (원래 굴뚝에서 나오는 배출물을 모니터링하기 위해 개발 된 장치)는 통풍구에서 배출되는 이산화황의 급격한 증가를 추적했습니다. 화산 내에서 마그마가 상승함에 따라 가스가 빠져 나가기 때문에 움직이는 마그마의이 표시와 함께 경사계로 측정 한 지진 및 변형이 증가하면서 과학자들은 분출이 임박했다고 믿게되었습니다.
그러나 과학자들은 큰 문제에 직면했습니다. 피나투보 산이 폭발하기 전 폭발적인 역사에 대해 가능한 한 많이 배우는 데는 불과 몇 주 밖에 걸리지 않았습니다. 또 다른 도전에 덧붙여 라. 1980 년대에 원자력 발전소의 가능한 부지로이 지역을 조사한 탄소 날짜를 제외하고는 화산에 대한 기본 정보가 존재하지 않았다고 지질 학자이자 VDAP 팀의 일원 인 John Ewert는 말했다. 필리핀.
VDAP 팀이 한 첫 번째 작업 중 하나는 Smithsonian Institution의 Global Volcanism Program에서 나온 활화산 카탈로그를 참조하는 것이 었습니다. Ewert는 당시 Pinatubo가 없었습니다.
VDAP 과학자들은 시간을 낭비했습니다. 그들은 화산의 모든면을 둘러싼 고대 화 쇄류 층과 라하르를 연구했습니다. 그들은 숯 샘플을 수집하고 날짜를 기록했습니다. 그들은 헬리콥터를 타고 화산 주변을 날아 가며 과거 흐름의 범위를 매핑하고 노두를 방문했습니다.
공기에서 과학자들은 화쇄 흐름이 “산등성이 높은 곳이나 모든 것을 막을 수있는 산등성이 위로 나타났습니다.” 그러나 가장 큰 흐름입니다.”필리핀의 VDAP 팀의 일원이었던 화산 학자 Chris Newhall은 Eos에 말했습니다. 관측 결과 임박한 분출이 얼마나 큰지 확인했습니다.
이 연구를 통해 과학자들은 화산이 지난 5000 년 동안 최소 6 번의 분화 기간 동안 폭발했고 짧은 활동에 이어 길고 조용한 기간이 이어졌다는 사실을 알 수 있습니다.가장 최근의 분화는 500 년 전에 발생했습니다. 또한 주변 마을은 오래된 화 쇄류와 라하르를 기반으로 지어졌습니다.
최초로 성공적으로 동원 된 광범위한 대피
6 월 초 이산화황 배출량은 하루에 약 250 톤으로 급격히 감소했습니다. 과학자들은 이것이 점성이 있고 떠오르는 마그마가 막힌 균열을 끼웠거나 냉각 및 휘발성 물질을 잃어 버렸다는 것을 의미한다고 의심했습니다. 어느 쪽이든 가스가 빠져 나가는 것을 막았습니다.
동시에 Pinatubo 내 지진의 강도와 지속 시간이 증가했습니다. 6 월 초에 지진 클러스터는 화산의 북서쪽에서 정상 바로 아래로 이동했습니다. 6 월 7 일에 용암 돔이 표면화되기 시작했고 6 월 10 일에 이산화황 배출량이 하루 13,000 톤 이상으로 급증했습니다. 그 후 며칠 동안 폭발 (일부는 최대 24km 높이의 화산재 기둥과 잔해물)이 화산을 뒤흔들 었습니다.
이 징후는 화산이 곧 터질 것이라는 점을 지적했습니다. 하지만 과학자들은 화산 주변에 살고있는 거의 100 만 명의 사람들이 대피해야한다고 어떻게 설득 할 수 있을까요?
위험이 높았습니다. 불과 6 년 전에 콜롬비아의 네바도 델 루이즈가 폭발하여 23,000 명 이상이 사망했습니다. . Ewert는 과학자와 지방 당국 간의 “통신 단절”이 부분적으로 책임이 있다고 말했습니다.
단 몇 주 만에 PHIVOLCS와 VDAP 과학자들은 화산의 분출 역사에 대해 수집 한 모든 데이터를 해석해야했습니다. 간단한 경고 계획으로 만들었습니다. 계획은 효과적이고 쉽게 소화 할 수 있어야합니다. 화산 주변에 사는 수만 명의 사람들이 여러 방언과 심지어 다른 언어를 사용하여 대피하도록 설득 할 수 있어야했습니다.
언어가 유일한 장애물은 아니 었습니다. “필리핀에 도착했을 때 가장 큰 어려움 중 하나는 사람들이 실제로 화산이라고 확신하는 것이 었습니다.”Ewert는 말했습니다. 많은 지역 주민들이 PHIVOLCS와 USGS의 과학자들이 재정적 이득이나 정치적 이유로 거짓말을한다고 비난했습니다.
팀은 인내하면서 도시, 마을 및 작은 마을의 지역 지도자들을 모아 위험을 설명하고 질문에 답했습니다. 이 교육 캠페인의 일부는 파괴적인 화산재 흐름, 화산 이류, 화산재, 산사태, 용암 흐름 등을 묘사 한 Nevado del Ruiz 비극의 끔찍한 비디오 영상을 보여주는 것이 포함되었습니다. 과학자들은 위험을 과장하는 것에 대해 우려하고 있었지만 결국 “그 당시에는 인구를 깨우기 위해 강력한 이미지가 필요하다고 판단했고 여전히 판단했습니다”라고 1996 년 PHIVOLCS와 USGS 과학자들은 반영했습니다.
여기 과학자들이 있습니다. 위험 완화에 대한 강력한 교훈을 배웠습니다. Ewert가 설명했듯이 “세계의 다른 곳에서 일어난 일을 사람들에게 보여주는 것은 과학자가 군중 속에 서서 해석적인 춤과 손짓으로 설명하려고하는 것보다 훨씬 더 효과적이었습니다.”
6 월 초까지 관리들은 클락 공군 기지의 미군과 수빅만의 미 해군 기지를 포함하여이 지역에 거주하는 25,000 명의 사람들을 대피시킬 것을 촉구했습니다. Newhall은 “6 월 14 일까지 권장 대피 반경은 30km 였는데, 이는 약 40 만 명의 사람들에게 적용되었을 것입니다.”라고 말했습니다. 화산 폭발 이전에 이렇게 광범위한 대피 시도를 한 적이 없었습니다.
당시 6 월 15 일 화산이 폭발하여 과학자와 공무원들은 65,000 명 이상의 사람들이 대피하도록 설득했습니다. 350 명 이상이 분화로 사망했지만 USGS와 PHIVOLCS는 대피 노력으로 5000 ~ 20,000 명의 생명을 구했다고 추정합니다.
효과적인 의사 소통의 중요성
1991 년에 과학자들은 책에서 정보를 찾고, 복사하고, 서로에게 정보를 팩스로 보내야했습니다. GPS 이전과 위성을 통해 데이터가 전송되기 이전의 시간이었습니다. 스마트 폰은 공상 과학 소설이었습니다.
24 시간 뉴스 사이클이없는 시대에 PHIVOLCS 및 USGS의 과학자들은 현지 인구에게 분당 분량을 공급할 수 없었습니다. 분 업데이트, 훨씬 덜 일상적인 소문이 퍼졌습니다. 이러한 소문 중 하나는 폭발 후 3 마일 길이의 균열이 형성되었고 인근 도시 올롱 가포가 곧 거대한 측면 폭발에 맞을 것이라고 주장했습니다.
“휴대 전화가 잠시 동안 도움을주었습니다. 배터리가 오래 지속됨에 따라,”PHIVOLCS와 USGS 과학자들은 1996 년에 반영했습니다.”하지만 6 월 16 일이 되어서야 칼데라가 이미 형성되었고 분화의 절정은 지나갔을 것입니다.”
오늘날의 고급 도구가 도움이되었을 것입니다. 결국 성공적인 자연 재해 완화를 위해서는 과학자와 공무원이 서로 및 대중과 의사 소통하는 데 얼마나 효과적인지가 중요합니다.”라고 Ewert는 Eos에 말했습니다.
다중을 포함하는 폭발 유발 요인에 대한 새로운 이해 마그마의 종류
폭발 후 냉각 된 용암을 조사한 결과, 분출은 여러 종류의 마그마의 혼합을 포함하는 것으로 밝혀졌습니다. 과학자들은 혼합 마그마 분출을 알고 있었지만 원인이 무엇인지 확신하지 못했다고 Ewert는 말했습니다.
Magma는 여러 가지 특성 중에서 실리카가 함유하고있는 정도와 점도를 구분하는 유형으로 분류 할 수 있습니다. 하와이에있는 화산과 같이 현무암 화산은 점성이 적고 “흐릿한”마그마 웅덩이를 가지고 있습니다. 백운석이나 유문암으로 만든 규산 마그마는 더 끈적하고 더 점성이 있습니다.이 화산은 더 많은 가스를 보유하고있어 압력을 받으면 더 폭발적으로 분출합니다.
Pinatubo가 폭발 한 후 용암 퇴적물에 대한 연구에서 흥미로운 사실이 밝혀졌습니다. 일반적으로 함께 공존하지 않는 광물은 마그마가 한 공급원에서 나왔기 때문이라고 Newhall은 설명했습니다. 열적 특성 (예 : 부분적으로 흡수되는 결정, 결정 사이의 화학적 확산)은 마그마가 처음에는 분화 이전에 현무암과 다 사이트가 혼합되어있었습니다. 그러나 분화가 끝날 무렵에는 마그마가 완전히 흑암이되었습니다.
현무암 마그마는 다 사이트보다 밀도가 더 높기 때문에 밀도만으로는 “현무암은 dacite 아래에 갇혔습니다.”라고 Newhall이 말했습니다. 대신, 그것은 dacite로 상승하여 그것과 혼합되었습니다. 그러나 어떻게?
먼저, 신선하고 물이 풍부하고 상당히 더운 현무암이 더 차가운 백운석 저수지에 충돌했을 때 현무암이 결정화되었다고 Newhall은 설명했습니다. 그것은 현무암의 물과 다른 용해 된 가스를 나머지 용융물로 압착했습니다. 뉴홀은 갇혀있는 대신 휘발성 물질이 용융물에서 빠져 나와 “전체적인 현무암 마그마의 밀도를 감소시키는 작은 기포를 형성했다”며 “그래서 그것은 부력이 있었고 소량의 다 사이트로 상승하여 혼합되었습니다. 그로 인해 더 많은 휘발성 물질이 추가되었습니다.”
생성 된 슬러리는 주변보다 밀도가 여전히 낮았 기 때문에 계속 상승했으며 처음으로 분출되었습니다. 결국 dacite 자체가 표면으로 올라와 폭발 할 정도로 충분히 가열되었습니다.
이 마그마 혼합은 때때로 DLP (deep long-period) 지진이라고하는 약 1 분 동안 지속되는 미묘하게 진동하는 지진으로 나타났습니다. 장기간의 지진은 마그마가 주변 암석으로 침투하고 있음을 나타내지 만 과학자들은 10km 미만의 깊이에서 이러한 현상을 더 자주 관찰했습니다. Pinatubo 이전에는 DLP 지진이 거의 관찰되지 않았고 완전히 이해되지 않았습니다.
요즘 DLP 지진은 “깨어나고있는 화산이있는 경우 우리가 찾는 것”이라고 Ewert는 말했습니다. 이러한 신호는 과학자들에게 제공됩니다. 화산 배관 내의 움직임에 대한 단서입니다.
암석 연구보다 더 많은 가스가 분출 할 수 있다는 발견
피나투보까지 과학자들은 화산 분출로 방출 된 가스의 양 (주로 물)을 가정했습니다. 증기, 이산화탄소, 이산화황은 분출 된 마그마의 양과 마그마의 온도에 따라 가스가 마그마 내에서 도달 할 수있는 포화 수준에 의해 좌우됩니다.이 정보를 수집하는 것은 분출 후 냉각 된 용암의 결정을 연구하는 것을 포함한다고 Ewert는 말했습니다. .
그러나 과학자들이 배출량을 직접 연구하여 Pinatubo에서 발견 한 사실은 “대기 중에 배출되는 유황 가스가 설명 할 수있는 것보다 훨씬 더 많았습니다. ”크리스탈을 연구함으로써 Ewert는 말했다. 이는 배출을 지배하는 가스 인 수증기와 이산화탄소의 배출도 과학자들이 예상 한 것보다 더 많음을 의미합니다.
Pinatubo 이전에 과학자들은 마그마에 용해 될 수없는 가스가 통풍구를 통해 빠져 나간다고 생각했습니다. 표면에. 그러나 위성 분광계로 측정했을 때 폭발로 인해 무려 17 메가톤의 이산화황이 방출되었습니다.이것은 많은 양의 가스가 기포로 축적되어 마그마 챔버에 남아있을 수 있음을 의미한다고 Newhall은 설명했습니다.
이 과잉 가스는 분출을 더욱 폭발적으로 만들 수 있기 때문에 피나투보에 그러한 자유 가스가 필요할 수도 있습니다. -분화처럼 뉴홀이 말했다. 휘발성 물질이 이미 초과 된 경우 압력이 떨어지면 즉시 팽창 할 수 있으며, 용융물을 통해 확산되는 데 지체없이 지체되지 않습니다.
마그마가 과도한 가스를 보유 할 수 있다는 것을 아는 것이 예측 노력에 도움이 될 수 있다고 Newhall은 설명했습니다. 예를 들어, 화산이 이전 분출 이후 막혔지만 깊이에서 신선한 마그마와 가스로 계속 재충전 된 경우, 과학자들은 화산이 폭발 할 정도로 과도한 가스를 축적했는지 여부를 측정하기 위해 화산 폭발 사이의 시간을 조사 할 수 있습니다.
대기 순환에 대한 세부 사항 조명
분화 전과 분화 중에 방출 된 이산화황의 총량은 1883 년 크라 카타 우 이후 성층권에 가장 큰 영향을 미쳤습니다. 형성된 황산 에어로졸 이산화황으로부터 3 주 이내에 지구를 돌았고 3 년 동안 대기 중에 남아 있었으며 그 동안 지구 전체를 섭씨 반도까지 식힐 수있는 충분한 햇빛을 반사했습니다.
그러나 다음 겨울 동안 , 유럽은 놀라 울 정도로 따뜻한 기온을 경험했습니다. 이 겨울 온난화는 1982 년 멕시코의 El Chichón과 같은 과거 화산 폭발 이후에 관찰되지 않았습니다. 무슨 일이 일어날 수 있습니까?
대기 순환 모델과 컴퓨터 시뮬레이션을 사용하여 Pinatubo의 유황 에어러솔 구름이 과학자들은 유황 에어러솔이 아래에서 열을 흡수하면서 바깥쪽으로 햇빛을 반사하여 하부 성층권을 가열하면서 대류권을 냉각시키는 것을 발견했다고 뉴저지 주 뉴 브런 즈윅에있는 Rutgers University의 대기 과학자 인 Alan Robock이 설명했습니다.
이 온도 구배는 북극을 도는 바람 패턴 인 북극 진동을 강화했습니다. 강력한 단계에서 Arctic Oscillation은 바다에서 따뜻한 공기를 끌어와 북유럽을 가열하고 전 세계를 흐르는 바람의 “강”인 지구 제트 기류를 북쪽으로 이동시킵니다.
이동 제트 기류는 허용됩니다. 겨울 동안 북반구에 따뜻한 바람이 흐르고 있다고 Robock은 말했습니다. 제트 기류는 파도처럼 흐르고 유럽은 남쪽에서 따뜻한 공기를 받고 있었기 때문에 중동은 북쪽에서 더 차가운 공기를 받아 예루살렘에 최악의 눈보라를 가져 왔습니다. 40 년 만에.
“Pinatubo 폭발 당시 아무도 겨울 온난화에 대해 알지 못했습니다.”라고 Robock은 말했습니다. 모델링의 발전과 Pinatubo의 폭발로 인한 고도로 모니터링 된 대기 효과로 무장 한 대기 과학자들은 다음 큰 폭발의 지구 적 영향을 예측할 준비가 더 잘되어 있다고 Robock은 덧붙였습니다.
인간이 지구 온난화를 유발하는 강력한 사례
분화는 과학자들이 인류의 온실 가스 배출이 적어도 지난 60 ~ 70 년의 온난화에 책임이 있음을 분명히 선언하는 데 도움이되었습니다.
과학자들은 Pinatubo의 폭발로 인한 유황 에어로졸을 다음과 같이 추적했습니다. 그들은 전 세계를 여행했습니다. 폭발 후 2 년 동안 피나투보의 대기로의 주입을 포함하는 기후 모델에서 예측 한 것처럼 표면 온도가 냉각되었습니다. 냉각 에어로졸이 대기에서 떨어지면 온도가 다시 상승했습니다.
피나투보는 어떤 의미에서 모델을 테스트하고 보정하는 자연 기후 실험 역할을했습니다. 과학자들은 관찰 된 화산 배출을 인위적 온실 가스 배출 유무에 관계없이 기후 변화 모델에 연결했습니다. Robock은 화산 폭발 만 포함 된 시뮬레이션에서 지난 60 ~ 70 년의 지속적인 온난화를 보지 못했다고 설명했습니다.
이 관찰은 기후 과학자들이 모델을 더욱 선명하게하여 인간과 그들이 매년 대기로 배출하는 전례없는 양의 온실 가스가 온난화 기후에 대한 책임입니다. 기후 변화에 관한 정부 간 패널은 인간 활동에 대한 기후 변화의 원인을 추가로 지원하기 위해 새롭게 강화 된 모델을 사용할 수있었습니다.
지구 공학 반대 주장에 더 많은 가중치
일부 과학자들은 제안했습니다. 기후 변화의 영향에 대응하기 위해 우리 자신의 대기를 해킹했지만 피나투보의 폭발은 그러한 직접적인 조작이 통제 될 수 있는지에 대한 큰 우려를 불러 일으켰습니다. “지구 공학”으로 알려진 이러한 방법 중 하나는 화산 폭발처럼 대기에 이산화황 입자를 주입하는 것입니다.
Robock과 다른 과학자들은 이러한 종류의 주입이 부정적인 결과를 초래할 것이라는 데 동의합니다.한 가지 결과는 대기의 오존층이 파괴되어 위험한 자외선이 지구를 강타하는 것을 방지합니다.
성층권에 새로 주입 된 이산화황이 물과 만날 때 생성되는 황산 입자 구름은 오존이있는 표면을 제공합니다. -파괴적인 화학 반응이 일어납니다. 폭발 후 2 년 동안 대기의 오존 파괴가 가속화되고 남반구의 오존 구멍이 “전례없는 크기”로 증가했습니다.
Robock은 지구 온난화를 막으려면 인간이 주입해야한다고 말했습니다. 매년 대기 중으로 1 억 톤의 이산화황이 방출됩니다. 이는 연간 약 5 회의 피나투보 분출에 해당합니다. 과학자들은 일반적으로 지구 공학의 결과가 시도하기에는 너무 위험하다는 데 동의합니다. 이산화탄소 배출을 줄이는 것이 더 안전하고 실용적 일 것입니다. 화석 연료를 땅에 보관하십시오.”라고 Robock이 말했습니다.
Pinatubo의 유산
1996 년 USGS와 PHILVOLCS 과학자들은 요인이 다르더라도 피나투보 산에서 재난을 피할 수 없었을 수 있습니다. “돌아 보면 위험을 과장하는 것에 대해 덜 걱정하고 대피 준비를 가속화하는 데 더 관심을 가져야했습니다. 피나투보는 거의 우리를 따라 잡았습니다.”
현재 Pinatubo 산은 25 년 전에 폭발하기 전보다 약 300 미터 더 짧아 비교적 조용합니다. 향후 25 년 동안 Pinatubo에 어떤 영향을 미칠까요? 시간이 알려줄 것입니다.
— JoAnna Wendel, 스태프 라이터, Mohi Kumar, 과학 콘텐츠 편집자, Eos.org