3 kwietnia 1991 r. Siostra Emma Fondevilla, misjonarka mieszkająca w wiosce Aeta na flankach Mount Pinatubo, na filipińskiej wyspie Luzon, poprowadził grupę mieszkańców wioski na spotkanie z naukowcami z Filipińskiego Instytutu Wulkanologii i Sejsmologii (PHIVOLCS). Fondevilla i mieszkańcy wioski opowiedzieli naukowcom o serii erupcji pary po północno-zachodniej stronie góry.
To, co rozwinęło się później, zmieniłoby historię. W jakiś sposób, pomimo poważnych przeciwności, naukowcy przekonali urzędników do ewakuacji ponad 65 000 ludzi żyjących w cieniu Pinatubo. Ich niestrudzone wysiłki są jednymi z najbardziej skutecznych wysiłków na rzecz ograniczenia zagrożeń związanych z dużą erupcją wulkanu.
15 czerwca około godziny 13:42. lokalnego czasu, erupcja Pinatubo – największego wybuchu wulkanicznego od czasu Novarupty na Alasce w 1912 roku. Jego chmura popiołu zawierała 5 kilometrów sześciennych materiału – wzniosła się na wysokość 40 kilometrów. Ponieważ przelatujący tajfun jednocześnie przyniósł ulewne deszcze, szybko poruszające się strumienie popiołu, błota i szczątków wulkanicznych zwanych laharami spadły w dół wulkanu, spłaszczając miasta, przedzierając się przez dżunglę i dusząc pola ryżowe i pola trzciny cukrowej. Woda zmieszała się również ze spadającym popiołem, tworząc substancję podobną do cementu, a wiele budynków zapadło się pod ciężarem. Podczas erupcji zginęło ponad 350 osób, większość z powodu zawalenia się dachów.
Efekty Pinatubo nie zakończyły się w tym dniu 25 lat temu. Gaz z pióropusza popiołu wyparł wzorce pogodowe i złagodził skutki globalnego ocieplenia na następny rok. Lahary, które mogą zbiegać z góry po ulewnych deszczach, przez ponad dekadę później nadal stanowiły zagrożenie dla okolicznych populacji.
Erupcja Pinatubo przełamała grunt, dosłownie iw przenośni. Oto osiem sposobów, w jakie Pinatubo zmienił sposób, w jaki podchodzimy do zagrożeń wulkanicznych i uczymy się na nich.
Pierwsza szybka ocena naukowa historii wulkanu
Gdy Pinatubo zaczął dudnić, PHIVOLCS ustawił trzy sejsmometry na jego północno-zachodnia flanka. Po przybyciu 23 kwietnia naukowcy z US Geological Survey (USGS) – będący częścią programu pomocy w przypadku katastrof wulkanów (VDAP) Survey – utworzyli sieć sejsmiczną siedmiu stacji położonych w odległości od 1 do 19 kilometrów od wulkanu. Przez cały maj sejsmometry rejestrowały co najmniej 200 małych trzęsień ziemi dziennie.
Spektrometr zamontowany w helikopterze – urządzenie pierwotnie opracowane do monitorowania emisji z kominów – śledził dramatyczny wzrost emisji dwutlenku siarki z otworów wentylacyjnych. Gaz ulatnia się, gdy magma unosi się w wulkanie, więc ten znak poruszającej się magmy, wraz z rosnącą sejsmicznością i deformacją mierzoną przechyłomierzami, doprowadził naukowców do przekonania, że erupcja jest nieuchronna.
Ale naukowcy stanęli przed ogromnym problemem: Mieli tylko kilka tygodni, aby dowiedzieć się jak najwięcej o historii erupcji góry Pinatubo, zanim wybuchła. Dodaj do tego kolejne wyzwanie: nie istniały żadne podstawowe informacje o wulkanie, z wyjątkiem jednej daty węgla z badania obszaru z lat 80.XX wieku jako możliwego miejsca dla elektrowni jądrowej, powiedział John Ewert, geolog i członek zespołu VDAP rozmieszczonego w Filipiny.
Jedną z pierwszych rzeczy, jakie zrobił zespół VDAP, było sprawdzenie katalogu aktywnych wulkanów z Globalnego Programu Wulkanizmu Smithsonian Institution. Pinatubo nie było nawet w tym czasie, powiedział Ewert.
Naukowcy VDAP nie tracili czasu. Badali warstwy starożytnych strumieni piroklastycznych i laharów otaczających wszystkie strony wulkanu. Zebrali i datowali próbki węgla drzewnego. Lecieli helikopterami wokół wulkanu, mapując zakres przeszłych przepływów i odwiedzając wychodnie.
Z powietrza naukowcy zobaczyli, że przepływy piroklastyczne pojawiły się „wysoko na grzbietach lub nad grzbietami, które zablokowałyby wszystko ale największe przepływy ”- powiedział Eos Chris Newhall, wulkanolog, który był częścią zespołu VDAP na Filipinach. Obserwacje potwierdziły, jak duża może być zbliżająca się erupcja.
Na podstawie tych badań naukowcy wywnioskowali że wulkan eksplodował w co najmniej sześciu okresach erupcji w ciągu ostatnich 5000 lat, krótkich wybuchów aktywności, po których następowały długie, ciche okresy.Ostatnia erupcja miała miejsce 500 lat temu. Co więcej, okoliczne wioski zostały zbudowane na starych piroklastycznych strumieniach i laharach.
Pierwsza pomyślnie zmobilizowana powszechna ewakuacja
Do początku czerwca emisja dwutlenku siarki gwałtownie spadła do około 250 ton dziennie. Naukowcy podejrzewali, że oznaczało to, że lepka, wznosząca się magma zacisnęła pęknięcia lub ostygła i straciła substancje lotne, co w obu przypadkach uniemożliwiło ucieczkę gazu.
Mniej więcej w tym samym czasie trzęsienia ziemi w Pinatubo wzrosły w siłę i czas trwania. Na początku czerwca gromady trzęsień ziemi przeniosły się z północnego zachodu od wulkanu tuż pod jego szczytem. 7 czerwca zaczęła się wypływać kopuła lawy, a 10 czerwca emisja dwutlenku siarki wzrosła do ponad 13 000 ton dziennie. W ciągu następnych kilku dni eksplozje – niektóre generujące kolumny popiołu i gruzu na wysokości do 24 kilometrów – wstrząsnęły wulkanem.
Te znaki wskazywały na jedną rzecz: wulkan miał wybuchnąć. Ale jak naukowcy mogli przekonać prawie milion ludzi mieszkających wokół wulkanu, że być może będą musieli ewakuować się?
Stawka była wysoka: zaledwie 6 lat wcześniej w Kolumbii wybuchł Nevado del Ruiz w Kolumbii i zginęło ponad 23 000 osób . Ewert powiedział, że po części winę za to „zerwanie komunikacji” między naukowcami i władzami lokalnymi.
W ciągu zaledwie kilku tygodni naukowcy z projektu PHIVOLCS i VDAP musieli zinterpretować wszystkie zebrane dane dotyczące historii erupcji wulkanu i uformować to w prosty schemat ostrzegawczy. Schemat musiał być skuteczny i łatwo przyswajalny – na tyle, aby przekonać do ewakuacji dziesiątki tysięcy ludzi mieszkających wokół wulkanu, mówiących kilkoma różnymi dialektami, a nawet różnymi językami.
Język nie był jedyną przeszkodą. „Jednym z naszych największych wyzwań, kiedy dotarliśmy na Filipiny, było przekonanie ludzi, że tak naprawdę jest wulkan” – powiedział Ewert. Wielu mieszkańców oskarżyło naukowców z PHIVOLCS i USGS o kłamstwo dla korzyści finansowych lub z powodów politycznych.
Zespół wytrwał, zbierając lokalnych przywódców miast, miasteczek i małych wiosek, aby wyjaśnić niebezpieczeństwa i odpowiedzieć na pytania. Część tej kampanii edukacyjnej obejmowała pokazanie makabrycznego materiału wideo z tragedii w Nevado del Ruiz, który przedstawiał niszczycielskie popioły, błoto wulkaniczne, opady popiołu, osunięcia ziemi, wypływy lawy i nie tylko. Chociaż naukowcy obawiali się wyolbrzymienia zagrożeń, w końcu „ocenili wtedy (i nadal oceniają), że potrzebne są silne obrazy, aby obudzić populację” – stwierdzili naukowcy PHIVOLCS i USGS w 1996 roku.
Tutaj naukowcy wyciągnął potężną lekcję z łagodzenia zagrożeń. Jak wyjaśnił Ewert, „Pokazywanie ludziom tego, co wydarzyło się w innych miejscach na świecie, było znacznie skuteczniejsze niż naukowiec stojący w tłumie, próbujący wyjaśnić to tańcem interpretacyjnym i gestami rąk”.
Na początku czerwca urzędnicy wezwali do ewakuacji 25 000 osób mieszkających w okolicy, w tym amerykańskich żołnierzy w bazie lotniczej Clark i amerykańskiej bazie marynarki wojennej w Subic Bay. „Do 14 czerwca zalecany promień ewakuacji wynosił 30 kilometrów, co mogłoby objąć około 400 000 ludzi” – powiedział Newhall. Nigdy wcześniej nie podjęto tak szeroko zakrojonej próby ewakuacji przed erupcją wulkanu.
Do tego czasu wybuch wulkanu 15 czerwca, naukowcy i urzędnicy państwowi przekonali do ewakuacji ponad 65 000 ludzi. Ponad 350 zginęło podczas erupcji, ale USGS i PHIVOLCS szacują, że wysiłki ewakuacyjne uratowały od 5000 do 20 000 istnień ludzkich.
Znaczenie skutecznej komunikacji
W 1991 roku naukowcy musieli wyszukiwać informacje w książkach, robić kserokopie i nawzajem faksować, powiedział Ewert. To było czas przed GPS i przed wysłaniem danych przez satelitę. Smartfony były science fiction.
W erze bez 24-godzinnego cyklu informacyjnego naukowcy z PHIVOLCS i USGS nie byli w stanie zapewnić miejscowym minutowe aktualizacje, znacznie mniej codzienne i plotki. Jedna z tych plotek głosiła, że po erupcji utworzyła się długa na 3 mil szczelina i że pobliskie miasto Olongapo wkrótce zostanie uderzone przez gigantyczny boczny podmuch.
„Telefony komórkowe pomogły na krótko, tak długo, jak długo w miarę upływu czasu ich baterii ”- zastanawiali się naukowcy z projektu PHIVOLCS i USGS w 1996 roku.„Ale dopiero 16 czerwca mogliśmy powiedzieć krajowi, że kaldera już się utworzyła i że punkt kulminacyjny erupcji prawdopodobnie minął”.
Dzisiejsze zaawansowane narzędzia byłyby pomocne, ale „w koniec, jeśli chodzi o skuteczne łagodzenie zagrożeń naturalnych, wszystko sprowadza się do tego, jak skutecznie naukowcy i urzędnicy publiczni komunikują się ze sobą i ze społeczeństwem ”- powiedział Ewert Eosowi.
Nowe zrozumienie czynników wyzwalających wybuchy obejmujące wiele Rodzaje magmy
Po wybuchu, badania schłodzonej lawy ujawniły, że erupcja obejmowała mieszankę różnych rodzajów magmy, zjawisko, które było wcześniej widziane, ale nie zostało w pełni zrozumiane. Naukowcy byli świadomi erupcji mieszanej magmy, ale nie byli pewni, co je wywołało, powiedział Ewert.
Magmę można podzielić na typy, które rozróżniają między innymi, ile zawiera krzemionki i jaka jest lepkość. Bazaltowe wulkany, takie jak te na Hawajach, mają mniej lepkie, „rzadkie” zbiorniki magmy. Magma krzemionkowa – wykonana z dacytu lub ryolitu – jest bardziej lepka i lepka. Zawiera więcej gazu niż po rozhermetyzowaniu, wybucha bardziej wybuchowo.
Badania złóż lawy po wybuchu Pinatubo ujawniły coś ciekawego: zestawione ze sobą minerały, które normalnie nie istniałyby razem, gdyby magma pochodziła z jednego źródła, wyjaśnił Newhall. Sygnatury termiczne – na przykład kryształy częściowo resorbujące, dyfuzja chemiczna między kryształami – sugerują początkowo mieszanka bazaltu i dacytu przed erupcją. Ale pod koniec erupcji magma była w pełni dacytowa.
Bazaltowa magma jest gęstsza niż dacyt, więc na podstawie samej gęstości bazalt powinien mieć został uwięziony pod dacytem – powiedział Newhall. Zamiast tego urósł do dacytu i zmieszał się z nim. Ale jak?
Po pierwsze, kiedy świeży, bogaty w wodę i znacznie cieplejszy bazalt uderzył w chłodniejszy zbiornik dacytu, bazalt skrystalizował, wyjaśnił Newhall. To ścisnęło wodę bazaltu i inne rozpuszczone gazy do pozostałego stopu. Zamiast pozostawać w zamknięciu, substancje lotne uciekały ze stopu i „tworzyły maleńkie bąbelki, które zmniejszały gęstość całej magmy bazaltowej” – powiedział Newhall. „A więc była pływająca, unosiła się i mieszała z niewielką ilością dacytu. To dodało jeszcze więcej substancji lotnych. ”
Powstała zawiesina była nadal mniej gęsta niż jej otoczenie, więc wciąż się unosiła i była pierwszą erupcją. W końcu sam dacyt rozgrzał się na tyle, aby wznieść się na powierzchnię i wybuchnąć.
To mieszanie się magmy przejawiało się subtelnie dudniącymi wstrząsami, które czasami trwały około minuty, zwanymi głębokimi długotrwałymi trzęsieniami ziemi (DLP). Długotrwałe trzęsienia ziemi wskazują, że magma wdziera się do otaczających skał, ale naukowcy częściej obserwowali te zdarzenia na głębokościach poniżej 10 kilometrów. Przed Pinatubo trzęsienia ziemi DLP były rzadko obserwowane i nie były w pełni zrozumiałe.
Obecnie trzęsienia ziemi DLP są „czymś, czego szukamy, jeśli mamy budzący się wulkan” – powiedział Ewert. Taki sygnał daje naukowcom wskazówki dotyczące ruchów w kanalizacji wulkanu.
Odkrycie, że więcej wybuchów gazu niż badania skał może ujawnić
Aż do Pinatubo naukowcy zakładali, że ilość gazu uwolnionego podczas erupcji wulkanu – głównie woda opary, dwutlenek węgla i dwutlenek siarki – zależały od objętości wybuchającej magmy i poziomów nasycenia, jakie gaz może osiągnąć w magmie, w zależności od temperatury magmy. Zbieranie tych informacji wymaga badania kryształów schłodzonej lawy po erupcji, powiedział Ewert .
Jednak naukowcy w Pinatubo bezpośrednio badając emisje odkryli, że „w atmosferze wyemitowano znacznie więcej gazu siarki, niż można by to uwzględnić ”, Badając kryształy, powiedział Ewert. Sugerowało to, że emisje pary wodnej i dwutlenku węgla – gazów, które dominują w emisjach – były również większe niż oczekiwali naukowcy.
Przed Pinatubo naukowcy myśleli, że gaz, którego nie można rozpuścić w magmie, ucieka przez otwory wentylacyjne na powierzchnię. Jednak w wyniku eksplozji uwolniono aż 17 megaton dwutlenku siarki, jak zmierzono za pomocą spektrometru satelitarnego.Sugerowało to, że duże ilości gazu mogą gromadzić się w postaci bąbelków i pozostawać w komorze magmy, wyjaśnił Newhall.
Ponieważ ten nadmiar gazu sprawia, że erupcja jest bardziej wybuchowa, może nawet być tak, że taki wolny gaz jest wymagany dla Pinatubo. – jak erupcja – powiedział Newhall. Jeśli substancje lotne są już w nadmiarze, mogą rozszerzyć się natychmiast po spadku ciśnienia, bez żadnych opóźnień od dyfuzji przez stop.
Wiedza, że magmy mogą utrzymywać nadmiar gazu, może pomóc w prognozowaniu, wyjaśnił Newhall. Na przykład, jeśli wulkan został zatkany od czasu swojej poprzedniej erupcji, ale był stale doładowywany świeżą magmą i gazem z głębi, naukowcy mogą zbadać czas między erupcjami, aby ocenić, czy wulkan zgromadził wystarczającą ilość nadmiaru gazu, aby uczynić go szczególnie wybuchowym.
Naświetlanie szczegółów dotyczących cyrkulacji atmosfery
Całkowita ilość dwutlenku siarki uwolnionego przed erupcją iw jej trakcie wywarła największy wpływ na stratosferę od Krakatau w 1883 roku. Powstałe aerozole siarkowe z dwutlenku siarki krążył wokół Ziemi w ciągu 3 tygodni i pozostawał w atmosferze przez 3 lata, odbijając ilość światła słonecznego wystarczającą do ochłodzenia całej planety o pół stopnia Celsjusza w tym czasie.
Jednak podczas następnej zimy Europa doświadczyła zaskakująco wysokich temperatur. Tego zimowego ocieplenia nie zaobserwowano po wcześniejszych erupcjach wulkanów, takich jak meksykańskie El Chichón w 1982 roku. Co mogło się dziać?
Wykorzystując modele cyrkulacji atmosfery i symulacje komputerowe do zbadania, w jaki sposób chmura aerozolu siarki Pinatubo przemieszczała się wokół świecie, naukowcy odkryli, że aerozole siarkowe odbijają światło słoneczne na zewnątrz, pochłaniając ciepło od dołu, co prowadzi do ochłodzenia troposfery podczas ogrzewania niższych warstw stratosfery, wyjaśnił Alan Robock, naukowiec zajmujący się atmosferą z Uniwersytetu Rutgers w New Brunswick, NJ.
Ten gradient temperatury wzmocnił oscylację arktyczną, wzór wiatru okrążającego Arktykę. W swojej silnej fazie oscylacja arktyczna wyciąga ciepłe powietrze z oceanu, ogrzewając północną Europę i przesuwając na północ globalny prąd strumieniowy – „rzekę” wiatru, który przepływa wokół globu.
Robock powiedział, że ciepłe wiatry przepływające zimą przez półkulę północną. Ponieważ prąd strumieniowy płynie jak fala, podczas gdy Europa otrzymywała ciepłe powietrze z południa, na Bliskim Wschodzie powietrze było zimniejsze z północy, przynosząc do Jerozolimy najgorszą burzę śnieżną za 40 lat.
„W czasie erupcji Pinatubo nikt nie wiedział o ociepleniu zimą” – powiedział Robock. Uzbrojeni w postępy w modelowaniu oraz w ściśle monitorowanych efektach atmosferycznych z erupcji Pinatubo, naukowcy zajmujący się atmosferą są lepiej przygotowani do prognozowania globalnych skutków następnej wielkiej erupcji, dodał Robock.
Wzmocniony przypadek, że ludzie powodują globalne ocieplenie
Erupcja pomogła naukowcom definitywnie stwierdzić, że ludzkie emisje gazów cieplarnianych są odpowiedzialne za co najmniej ostatnie 60-70 lat ocieplenia.
Naukowcy prześledzili aerozole siarki pochodzące z erupcji Pinatubo jako podróżowali po całym świecie. Przez 2 lata po wybuchu temperatura powierzchni spadła, zgodnie z prognozami modeli klimatycznych obejmujących iniekcje Pinatubo do atmosfery. Temperatury ponownie wzrosły, gdy chłodzące aerozole wypadły z atmosfery.
Pinatubo w pewnym sensie służył jako naturalny eksperyment klimatyczny do testowania i kalibracji modeli. Naukowcy włączyli obserwowane emisje wulkanów do modeli zmiany klimatu z antropogenicznymi emisjami gazów cieplarnianych i bez nich. Robock wyjaśnił, że w symulacjach obejmujących tylko erupcje wulkanów naukowcy nie widzieli ostatnich 60-70 lat konsekwentnego ocieplenia.
Ta obserwacja pomogła klimatologom w dalszym wyostrzeniu modeli, potwierdzając, że ludzie – i bezprecedensowe ilości gazów cieplarnianych, które każdego roku wpompowują do atmosfery – są winne ocieplenia klimatu. Międzyrządowy Zespół ds. Zmian Klimatu był w stanie wykorzystać te nowo zaostrzone modele do dalszego wspierania przypisywania zmian klimatu działalności człowieka.
Więcej wagi argumentom przeciwko geoinżynierii
Niektórzy naukowcy zasugerowali włamywanie się do naszej atmosfery, aby przeciwdziałać skutkom zmian klimatycznych, ale erupcja Pinatubo wzbudziła wielkie obawy, czy można kontrolować taką bezpośrednią manipulację. Znana jako „geoinżynieria”, jedna z tych metod polegałaby na wstrzykiwaniu cząstek dwutlenku siarki do atmosfery, tak jak w przypadku erupcji wulkanu.
Robock i inni naukowcy zgadzają się, że tego rodzaju wstrzyknięcie miałoby negatywne konsekwencje.Jedną z konsekwencji jest zniszczenie warstwy ozonowej atmosfery, która zapobiega uderzaniu niebezpiecznych promieni ultrafioletowych w Ziemię.
Chmury cząstek kwasu siarkowego – powstające, gdy dwutlenek siarki świeżo wstrzyknięty do stratosfery spotyka się z wodą – tworzą powierzchnie, na których ozon zachodzą niszczące reakcje chemiczne. W ciągu 2 lat po erupcji nastąpiło przyspieszenie niszczenia ozonu atmosferycznego, a dziura ozonowa nad półkulą południową powiększyła się do „bezprecedensowych rozmiarów”.
Robock powiedział, że aby powstrzymać globalne ocieplenie, ludzie będą musieli wstrzyknąć Każdego roku 100 milionów ton dwutlenku siarki do atmosfery – to około pięciu erupcji Pinatubo rocznie. Naukowcy ogólnie zgadzają się, że konsekwencje geoinżynierii są zbyt ryzykowne. trzymaj paliwa kopalne w ziemi ”- powiedział Robock.
Dziedzictwo Pinatubo
W 1996 roku naukowcy z USGS i PHILVOLCS napisali to otrzeźwiające przypomnienie jak gdyby czynniki były inne, katastrofie na Górze Pinatubo nie udało się zapobiec: „Patrząc z perspektywy czasu, powinniśmy byli mniej przejmować się wyolbrzymieniem zagrożenia, a bardziej przyspieszeniem przygotowań do ewakuacji. Pinatubo prawie nas wyprzedził”.
Góra Pinatubo, jak na razie, stoi stosunkowo cicho, około 300 metrów krótsza niż przed eksplozją 25 lat temu. Co może przynieść Pinatubo następne 25 lat? Czas pokaże.
– JoAnna Wendel, redaktorka personelu i Mohi Kumar, redaktor naukowy, Eos.org