數字高度圖展示Hunga Tonga-Hunga Ha’apai的戲劇性變化

當南太平洋湯加王國的一座火山在2021年12月底開始噴發然後在2022年1月中旬猛烈爆炸時,NASA的科學家Jim Garvin和同事們處於異常有利的位置來研究這些事件。自從2015年這個新的陸地上升到水面以上並加入兩個現有的島嶼以來,Garvin和一個國際研究小組一直在監測那裡的變化

數字高度圖展示Hunga Tonga-Hunga Ha'apai的戲劇性變化

該團隊利用衛星觀測和基於地表的地球物理測量的組合跟蹤了地球上這塊快速變化的土地的演變。

上面和下面的數字高度圖顯示了Hunga Tonga-Hunga Ha’apai的巨大變化,這是一座大型水下火山的最上部。它從海底升起1.8公里,橫跨20公里,頂部是一個直徑5公里的海底火山口。該島是Hunga Caldera邊緣的一部分。

現在,所有的新土地都消失了,只剩下兩座舊島的大塊土地。

數字高度圖展示Hunga Tonga-Hunga Ha'apai的戲劇性變化

NASA戈達德太空飛行中心的首席科學家Garvin說道:“這是一個初步估計,但我們認為噴發所釋放的能量相當於4至18兆噸TNT炸藥的量。這個數字是基於有多少被移除、岩石的抵抗力如何以及噴發雲在一系列的速度下被吹入大氣層的高度。”爆炸釋放的機械能量相當於廣島核爆炸的數百倍。作為比較,科學家們估計聖海倫火山在1980年爆炸的能量為24兆噸,喀拉喀托火山在1883年爆發的能量為200兆噸。

Garvin及其NASA同事Dan Slayback跟幾位研究人員合作繪製了水線上下的Hunga Tonga-Hunga Ha’apai的詳細地圖。他們使用了加拿大航天局RADARSAT星座任務的高分辨率雷達、商業衛星公司Maxar的光學觀測以及NASA ICESat-2任務的測高數據。除此之外,他們還使用了由施密特海洋研究所跟NASA和哥倫比亞大學合作收集的基於聲納的測深數據。

在過去的六年時間裡,來自NASA、哥倫比亞大學、湯加地質局和海洋教育協會的研究人員一起工作以確定年輕的地形是如何由於持續的海浪和偶爾的熱帶氣旋的衝擊而被侵蝕。他們還注意到野生動物–各種類型的灌木、草、昆蟲和鳥類–是如何從Hunga Tonga和Hunga Ha’apai的鬱鬱蔥蔥的生態系統中遷移出來並在較新的土地上出現的更貧瘠的景觀。

數字高度圖展示Hunga Tonga-Hunga Ha'apai的戲劇性變化

事情在一月份發生了巨大的變化。在2022年的頭幾個星期,火山活動似乎非常典型,由於岩漿和海水在島嶼中部附近的一個噴口相互作用,出現了間歇性的小型爆炸併產生了頭骨、火山灰、蒸汽和其他火山氣體。正在進行的Surtseyan噴發則正在重塑景觀,另外還在通過向不斷增長的火山錐添加新火山灰和凝灰岩沉積物來擴大該島。

“等到1月初,我們的數據顯示,與12月的活動開始之前相比,該島已經擴大了約60%。整個島嶼已經被十分之一立方公里的新火山灰完全覆蓋。所有這些都是非常正常的、預期的行為,對我們的團隊來說是非常令人興奮的,”Garvin說道。

但在1月13-14日,一組異常強大的爆炸將火山灰湧入平流層。然後,1月15日的爆炸將物質發射到高達40公里(25英里)的高度–可能高達50公里,這使得附近的島嶼被火山灰覆蓋並引發破壞性的海嘯波。國際空間站上的一名宇航員拍攝了這張南太平洋上空灰燼的照片。

數字高度圖展示Hunga Tonga-Hunga Ha'apai的戲劇性變化

大多數Surtseyan式的噴發涉及到相對少量的水跟岩漿的接觸。“如果只是有一點水淌進岩漿就像水碰到了熱油鍋。你會得到一個閃光的蒸汽,水會迅速燃燒掉,”Garvin解釋道,“15日發生的情況確實不同。我們不知道為什麼–因為我們在Hunga Tonga-Hunga Ha’apai上沒有任何地震儀–但一定有什麼東西削弱了地基中的堅硬岩石並導致破火山口北緣部分坍塌。把這想象成鍋底掉出來,讓大量的水衝進溫度非常高的地下岩漿室。”

溫度或岩漿通常超過1000攝氏度,海水則接近20攝氏度。兩者的混合可以產生令人難以置信的爆炸性,尤其是在岩漿室的密閉空間。“這不是你的標準Surtseyan式噴發,因為必須涉及大量的水。事實上,我的一些火山學同事認為這種類型的事件應該有自己的名稱。現在,我們非正式地稱它為‘超Surtseyan’噴發。”

對於像Garvin這樣的地質學家來說,觀察像這樣的Surtseyan島的誕生和演變是令人着迷的,部分原因是沒有許多其他的現代例子。除了Surtsey–它於1963年至1967年在冰島附近形成,半個多世紀后仍然存在–大多數新Surtseyan島在幾個月或幾年內就會被侵蝕掉了。

Garvin對這些島嶼感興趣的地方是它們可能給我們帶來的關於火星的信息。“剛剛形成並迅速演變的小火山島是火星上地表水作用的窗口以及它們可能如何影響類似的小火山地貌。我們實際上在火星上的幾個區域看到了長相相似的地貌場,”Garvin說道。