3. april 1991 søster Emma Fondevilla, en misjonær basert i en innfødt Aeta-landsby på flankene. av Mount Pinatubo, på den filippinske øya Luzon, førte en gruppe landsbyboere til å møte forskere fra det filippinske instituttet for vulkanologi og seismologi (PHIVOLCS). Fondevilla og landsbyboerne fortalte forskerne om en serie damputbrudd på den nordvestlige siden av fjellet.
Det som utfoldet seg neste gang, ville endre historien. På en eller annen måte, mot alvorlige odds, overbeviste forskere tjenestemenn om å evakuere mer enn 65 000 mennesker som bor i Pinatubos skygge. Deres utrettelige innsats er en av de mest vellykkede farebegrensende anstrengelsene til et stort vulkanutbrudd.
15. juni klokka 13:42. lokal tid, brøt Pinatubo ut – den største vulkanske eksplosjonen siden Alaskas Novarupta i 1912. Dens askesky inneholdt 5 kubikk kilometer materiale – hevet til 40 kilometer høy. Fordi en tyfon som passerte samtidig brakte kraftige regner, strømmet raskt strømmer av aske, gjørme og vulkansk rusk kalt lahars nedover vulkanen, flater ut byene, smadrer gjennom jungelen og kveler rismarker og sukkerrørmarker. Vannet blandet seg også med fallende aske, og skapte et sementlignende stoff, og mange bygninger trakk seg fra vekten. Mer enn 350 mennesker omkom under utbruddet, de fleste av kollapsende tak.
Effekter fra Pinatubo endte ikke på den datoen for 25 år siden. Gass fra askeplommen kastet værmønstre og dempet effekten av global oppvarming neste år. Lahars, som kan løpe nedover et fjell etter kraftige regnvær, fortsatte å utgjøre trusler mot befolkningen rundt mer enn et tiår senere.
Pinatubos utbrudd brøt bakken, bokstavelig og billedlig. Her er åtte måter Pinatubo endret måten vi nærmer oss og lærer av vulkanske farer.
Første raske vitenskapelige vurdering av en vulkanhistorie
Når Pinatubo begynte å rumle, satte PHIVOLCS opp tre seismometre på sin nordvestlige flanke. Etter at forskere fra US Geological Survey (USGS) – en del av Survey’s Volcano Disaster Assistance Program (VDAP) – ankom 23. april, opprettet de et seismisk nettverk med syv stasjoner som ligger mellom 1 og 19 kilometer fra vulkanen. I løpet av mai registrerte seismometre minst 200 små jordskjelv per dag.
Et helikoptermontert spektrometer – en enhet som opprinnelig ble utviklet for å overvåke utslipp fra røykstabler – sporet dramatiske økninger i svoveldioksidutslipp fra ventilasjoner. Gass slipper ut når magma stiger i en vulkan, så dette tegnet på bevegelig magma, sammen med økende seismisitet og deformasjon målt av tiltmetere, fikk forskere til å tro at et utbrudd var nært forestående.
Men forskere sto overfor et stort problem: De hadde bare noen få uker til å lære så mye som mulig om Pinatubos utbruddshistorie før den blåste. Legg til en annen utfordring: Det fantes ingen basisinformasjon om vulkanen, bortsett fra en karbondato fra en 1980-tallsundersøkelse av området som et mulig sted for et atomkraftverk, sa John Ewert, en geolog og medlem av VDAP-teamet distribuert til Filippinene.
En av de første tingene VDAP-teamet gjorde var å konsultere katalogen over aktive vulkaner fra Smithsonian Institutions Global Volcanism Program. Pinatubo var ikke engang i den på den tiden, sa Ewert.
VDAP-forskere kastet bort tid. De studerte lag av eldgamle pyroklastiske strømmer og laharer som omgir alle sider av vulkanen. De samlet inn og daterte prøver av kull. De fløy i helikoptre rundt vulkanen og kartla omfanget av tidligere strømmer og besøkte utsalgssteder.
Fra luften så forskerne at pyroklastiske strømmer dukket opp «høyt oppe på åsene, eller over åsene som ville ha blokkert alle men den største strømmen, «sa Chris Newhall, en vulkanolog som var en del av VDAP-teamet på Filippinene, til Eos. Observasjonene bekreftet hvor stort det forestående utbruddet kunne være.
Fra disse studiene fant forskerne ut ut at vulkanen hadde eksplodert i minst seks utbruddsperioder de siste 5000 årene, korte utbrudd av aktivitet etterfulgt av lange, stille perioder.Det siste utbruddet skjedde for 500 år siden. Dessuten ble landsbyene rundt bygget på gamle pyroklastiske strømmer og lahars.
Først vellykket mobilisert utbredt evakuering
I begynnelsen av juni falt svoveldioksidutslippene kraftig til rundt 250 tonn per dag. Forskere mistenkte at dette betydde at den tyktflytende, stigende magmaen hadde klemt sprekker eller hadde avkjølt og mistet flyktige stoffer, noe som forhindret at gass rømte.
Rundt samme tid økte jordskjelv i Pinatubo i styrke og varighet. I begynnelsen av juni flyttet jordskjelvklyngene fra nordvest for vulkanen til like under toppen. 7. juni begynte en lavakuppel å dukke opp, og 10. juni hoppet utslippet av svoveldioksid opp til mer enn 13 000 tonn per dag. I løpet av de neste dagene rystet vulkanen – noen genererende aske og søppel opp til 24 kilometer høye – vulkanen.
Disse tegnene pekte på en ting: Vulkanen var i ferd med å blåse. Men hvordan kunne forskere overbevise nesten en million mennesker som bodde rundt vulkanen om at de måtte trenge å evakuere?
Innsatsen var høy: Bare 6 år tidligere brøt Nevado del Ruiz i Colombia ut og drepte mer enn 23.000 mennesker . En «kommunikasjonsnedbrytning» blant forskere og lokale myndigheter var delvis skylden, sa Ewert.
På bare noen få uker måtte forskere fra PHIVOLCS og VDAP tolke alle dataene de samlet om vulkanens utbruddshistorie og form det til en enkel advarselsplan. Ordningen måtte være effektiv og lett fordøyelig – nok til at de kunne overbevise titusenvis av mennesker som bodde rundt vulkanen, som snakket flere forskjellige dialekter og til og med forskjellige språk, til å evakuere.
Språk var ikke det eneste hinderet. «En av våre største utfordringer når vi kom til Filippinene var å faktisk overbevise folk om at det faktisk var en vulkan,» sa Ewert. Mange lokale beskyldte forskerne fra både PHIVOLCS og USGS for å lyve av økonomisk vinning eller politiske grunner.
Teamet holdt ut og samlet lokale ledere i byer, tettsteder og små landsbyer for å forklare farene og svare på spørsmål. En del av denne pedagogiske kampanjen involverte å vise grusomme videofilmer fra Nevado del Ruiz-tragedien som skildret destruktive askestrømmer, vulkanske gjørme, askefall, ras, lavastrømmer og mer. Selv om forskerne var bekymret for å overvurdere farene, til slutt «dømte de (og fremdeles) at sterke bilder var nødvendige for å vekke befolkningen,» reflekterte PHIVOLCS og USGS-forskere i 1996.
Her forskere lærte en kraftig leksjon i farebegrensning. Som Ewert forklarte: «Å vise folk hva som hadde skjedd andre steder i verden, var mye mer effektivt enn en forsker som sto opp i en mengde og prøvde å forklare det med fortolkende dans og håndbevegelser.»
I begynnelsen av juni etterlyste tjenestemenn evakuering av 25 000 mennesker som bodde i området, inkludert amerikanske servicefolk ved Clark Air Base og US Naval Station i Subic Bay. «Innen 14. juni var den anbefalte evakueringsradiusen 30 kilometer, noe som ville ha brukt 400.000 mennesker,» sa Newhall. Aldri før hadde det blitt gjort et så omfattende evakueringsforsøk før et vulkanutbrudd.
På det tidspunktet vulkanen brøt ut 15. juni, forskere og offentlige tjenestemenn hadde overbevist mer enn 65 000 mennesker om å evakuere. Mer enn 350 døde under utbruddet, men USGS og PHIVOLCS anslår at evakueringsarbeidet reddet mellom 5000 og 20 000 liv.
Betydningen av effektiv kommunikasjon
I 1991 måtte forskere slå opp informasjon i bøker, lage fotokopier og faksinformasjon til hverandre, sa Ewert. Dette var en tid før GPS og før data kunne sendes via satellitt. Smarttelefoner var science fiction.
I en tid uten en 24-timers nyhetssyklus, kunne forskere ved PHIVOLCS og USGS ikke forsyne de lokale befolkningene med minutt til- små oppdateringer, mye mindre daglige og rykter spredte seg. Et av disse ryktene hevdet at det hadde dannet seg en 3 mil lang sprekk etter utbruddet, og at den nærliggende byen Olongapo snart ville bli rammet av en gigantisk lateral eksplosjon.
«Mobiltelefoner hjalp kort, så lenge som batteriene varte, ”reflekterte PHIVOLCS og USGS forskere i 1996.»Men det var ikke før 16. juni at vi kunne fortelle landet at en kaldera allerede hadde dannet seg og at klimaks for utbruddet sannsynligvis hadde passert.»
Dagens avanserte verktøy ville ha vært nyttig, men «i slutten, for vellykket reduksjon av naturlige farer, kommer alt ned til hvor effektive forskere og offentlige tjenestemenn er i å kommunisere med hverandre og publikum, ”sa Ewert til Eos.
Ny forståelse av utløsere for utbrudd som involverer flere Typer magma
Etter eksplosjonen avslørte undersøkelser av avkjølt lava at utbruddet involverte en blanding av forskjellige typer magma, et fenomen som hadde blitt sett før, men som ikke var helt forstått. Forskere hadde vært klar over blandede magmautbrudd, men de var ikke sikre på hva som utløste dem, sa Ewert.
Magma kan klassifiseres i typer som skiller ut hvor mye silika de inneholder og hvor tyktflytende de er, blant andre egenskaper. Basaltiske vulkaner, som de på Hawaii, har mindre tyktflytende, «rennende» magmabassenger. Silikamagma – laget av dacitt eller rhyolit – er klebrig og mer tyktflytende. Det holder mer gass som bryter ut mer eksplosivt når det er trykkløst.
Studier av lavaavleiringer etter at Pinatubo eksploderte avslørte noe nysgjerrig: mineraler som står sammen som normalt ikke ville eksistere sammen om magma kom fra en kilde, forklarte Newhall. Termiske signaturer – for eksempel krystaller som delvis resorberer, kjemisk diffusjon mellom krystaller – antydet at magma var opprinnelig en blanding av basalt og dacitt før utbruddet. Men på slutten av utbruddet var magma fullstendig dacitt.
Basalt magma er tettere enn dacitt, så basert på tetthet alene, «burde basalt ha blitt fanget under dacitten, ”sa Newhall. I stedet steg den inn i dacitten og blandet med den. Men hvordan?
Først, da den ferske, vannrike og betydelig varmere basalten traff det kjøligere dacittreservoaret, krystalliserte basalten, forklarte Newhall. Det presset basaltets vann og andre oppløste gasser inn i den gjenværende smelten. I stedet for å holde seg begrenset, flyktige flyktige stoffer fra smelten og «dannet små bobler som reduserte tettheten av den totale basaltiske magmaen,» sa Newhall. «Så den var flytende og steg inn i og blandet med en liten mengde av dacitten. Det tilførte enda flere flyktige stoffer. ”
Den resulterende oppslemmingen var fortsatt mindre tett enn omgivelsene, så den fortsatte å stige og var den første som brøt ut. Til slutt var selve dacitten oppvarmet nok til å stige til overflaten og bryte ut.
Denne magmablandingen manifesterte seg som subtilt buldrende skjelv som til tider varte omtrent et minutt lange, kalt dype langvarige jordskjelv (DLP). Langvarige jordskjelv indikerer at magma trenger inn i omkringliggende bergart, men forskere hadde oftere observert disse hendelsene på dybder mindre enn 10 kilometer. Før Pinatubo hadde DLP-jordskjelv sjelden blitt observert og ikke helt forstått.
I dag er DLP-jordskjelv «noe vi ser etter hvis vi har en vulkan som våkner,» sa Ewert. Et slikt signal gir forskere ledetråder til bevegelser i vulkanens rørleggerarbeid.
Oppdagelse av at mer gass bryter ut enn studier av bergarter kan avsløre
Inntil Pinatubo antok forskere at mengden gass som et vulkanutbrudd frigjorde – hovedsakelig vann damp, karbondioksid og svoveldioksid – ble styrt av volumet av magma som brøt ut og metningsnivåene gassen kunne nå i magmaet, avhengig av magmas temperatur. Å samle inn denne informasjonen innebærer å studere krystaller av avkjølt lava etter et utbrudd, sa Ewert .
Men det forskere fant ved Pinatubo ved direkte å studere utslipp var at «det var mye mer svovelgass som slippes ut i atmosfæren enn det man kunne regne med ”Ved å studere krystaller, sa Ewert. Dette antydet at utslipp av vanndamp og karbondioksid – gassene som dominerer utslipp – også var mer enn forskere forventet.
Før Pinatubo trodde forskere at gass som ikke kunne oppløses i magma, slapp ut gjennom ventilasjonene. til overflaten. Men hele 17 megaton svoveldioksid ble frigjort ved eksplosjonen, målt med satellitt-spektrometer.Dette antydet at store mengder gass kunne akkumuleres som bobler og forbli i magmakammeret, forklarte Newhall
Fordi denne overflødige gassen gjør et utbrudd mer eksplosivt, kan det til og med være at slik fri gass er nødvendig for en Pinatubo -som utbrudd, sa Newhall. Hvis flyktige stoffer allerede er i overskudd, kan de ekspandere umiddelbart når trykket synker, uten forsinkelse fra å diffundere gjennom smelte.
Å vite at magmas kan holde overflødig gass kan hjelpe med prognosearbeid, forklarte Newhall. For eksempel, hvis en vulkan har blitt koblet til siden forrige utbrudd, men likevel har blitt kontinuerlig ladet med fersk magma og gass fra dybden, kan forskere undersøke tiden mellom utbruddene for å måle om vulkanen har akkumulert nok overflødig gass til å gjøre den spesielt eksplosiv.
Belysning av detaljer om atmosfærisk sirkulasjon
Den totale mengden svoveldioksid som ble frigitt før og under utbruddet, forårsaket den mest dyptgripende effekten på stratosfæren siden Krakatau i 1883. De svovelholdige aerosolene som ble dannet fra svoveldioksidet sirklet jorden rundt tre uker og ble værende i atmosfæren i 3 år, og reflekterte nok sollys til å avkjøle hele planeten med en halv grad Celsius i løpet av den tiden.
Imidlertid i løpet av den påfølgende vinteren , Europa opplevde overraskende varme temperaturer. Denne vinteroppvarmingen hadde ikke blitt observert etter tidligere vulkanutbrudd, som Mexicos El Chichón i 1982. Hva kan skje?
Bruk av atmosfæriske sirkulasjonsmodeller og datasimuleringer for å studere hvordan Pinatubos svovel aerosolsky reiste rundt verden, fant forskere at svovel aerosoler reflekterer sollys utover mens de absorberer varme nedenfra, noe som fører til avkjøling av troposfæren mens de oppvarmer den nedre stratosfæren, forklarte Alan Robock, en atmosfærisk forsker ved Rutgers University i New Brunswick, NJ
Denne temperaturgradienten styrket den arktiske oscillasjonen, et vindmønster som sirkler rundt Arktis. I sin sterke fase trekker den arktiske oscillasjonen varm luft fra havet, varmer Nord-Europa og forskyver nordover den globale jetstrømmen – «elven» av vind som strømmer rundt kloden.
Den forskyvede jetstrømmen tillot varme vinder som skulle strømme over den nordlige halvkule om vinteren, sa Robock. Fordi jetstrømmen flyter som en bølge, mens Europa mottok varm luft fra sør, mottok Midtøsten kaldere luft fra nord, og førte til den verste snøstormen til Jerusalem. på 40 år.
«På tidspunktet for Pinatubo-utbruddet visste ingen om vinteroppvarming,» sa Robock. Bevæpnet med fremskritt innen modellering, pluss de sterkt overvåkede atmosfæriske effektene av Pinatubos utbrudd, er atmosfæriske forskere bedre forberedt på å forutsi de globale effektene av neste store utbrudd, la Robock til.
En styrket sak som mennesker forårsaker global oppvarming.
Utbruddet hjalp forskere med å definitivt erklære at menneskelige utslipp av klimagasser er skyld i minst de siste 60–70 årene med oppvarming.
Forskere spores svovel aerosoler hentet fra Pinatubos utbrudd som de reiste verden rundt. I to år etter eksplosjonen ble overflatetemperaturene avkjølt, som prognostisert av klimamodeller som inkluderte Pinatubos injeksjoner i atmosfæren. Temperaturene steg igjen når de avkjølende aerosolene falt ut av atmosfæren.
Pinatubo fungerte på en måte som et naturlig klimaeksperiment for å teste og kalibrere modeller. Forskere koblet observerte vulkanske utslipp til klimaendringsmodeller med og uten menneskeskapte utslipp av klimagasser. I simuleringene som bare inkluderte vulkanutbrudd, så forskerne ikke de siste 60–70 årene med jevn oppvarming, forklarte Robock.
Denne observasjonen hjalp klimaforskere med å skjerpe modellene sine ytterligere, og bekreftet at mennesker – og enestående mengder klimagasser de pumper ut i atmosfæren hvert år – er skyld i det oppvarmende klimaet. Det mellomstatlige panelet for klimaendringer var i stand til å bruke disse nylig skjerpte modellene for å ytterligere støtte tilskrivingen av klimaendringer til menneskelige aktiviteter.
Mer vekt på argumenter mot geoingeniør
Noen forskere har foreslått hacking inn i vår egen atmosfære for å motvirke virkningene av klimaendringene, men Pinatubos utbrudd ga stor bekymring over om en slik direkte manipulasjon kunne kontrolleres. En av disse metodene, kjent som «geo-engineering», innebærer å injisere svoveldioksidpartikler i atmosfæren akkurat som et vulkanutbrudd.
Robock og andre forskere er enige om at denne typen injeksjon vil ha negative konsekvenser.En konsekvens er ødeleggelsen av atmosfærens ozonlag, som forhindrer farlige ultrafiolette stråler fra å treffe jorden.
Skyer av svovelsyrepartikler – skapt når svoveldioksid som nylig er injisert i stratosfæren møter vann – gir overflater som ozon -ødeleggelse av kjemiske reaksjoner finner sted. I løpet av de to årene etter utbruddet økte atmosfærisk ozonødeleggelse, og ozonhullet over den sørlige halvkule økte til en «enestående størrelse.»
Robock sa at for å stoppe den globale oppvarmingen, måtte mennesker injisere 100 millioner tonn svoveldioksid i atmosfæren hvert år – det tilsvarer omtrent fem Pinatubo-utbrudd per år. Forskere er generelt enige om at konsekvensene av geo-engineering er for risikable å prøve. Det ville være tryggere og mer praktisk å redusere karbondioksidutslipp og » hold fossile brensler i bakken, ”sa Robock.
Pinatubos arv
I 1996 skrev forskere fra USGS og PHILVOLCS denne nøkterne påminnelsen om hvordan, hvis faktorer hadde vært forskjellige, kanskje ikke katastrofen hadde blitt avverget ved Pinatubo-fjellet: «I ettertid burde vi ha vært mindre bekymret for å overvurdere faren og mer bekymret for forberedelser for evakuering. Pinatubo gikk nesten over oss.»
Mount Pinatubo står foreløpig relativt stille, omtrent 300 meter kortere enn det var før det eksploderte for 25 år siden. Hva kan de neste 25 årene føre til Pinatubo? Tiden vil vise.
– JoAnna Wendel, Staff Writer; og Mohi Kumar, Scientific Content Editor, Eos.org