Der Ausbruch des U-Boot-Vulkans Hunga Tonga-Hunga Ha’apai am Samstag, den 15. Januar 2022, hinterließ Tausende Menschen ohne Obdach, Versorgung und Internet. Zum Zeitpunkt des Verfassens dieses Artikels gab es drei bestätigte Todesfälle in Tonga im Zusammenhang mit dem Ausbruch, von denen zwei Einheimische und ein britischer Staatsangehöriger waren.
Jetzt, da Wissenschaftler versuchen, mehr über den Ausbruch zu erfahren, fragen sich planetarische Vulkanologen, ob Hunga Tonga-Hunga Ha’apai uns etwas über die Geschichte unserer Nachbarn im Sonnensystem beibringen kann.
Die Explosion des Vulkans sandte Schockwellen bis nach Alaska und Großbritannien und verursachte einen Tsunami, der die Küsten Australiens, der USA und Russlands betraf. Es wurde berichtet, dass zwei Menschen in Peru aufgrund von Überschwemmungen durch den Tsunami gestorben sind. Die durch den Vulkanausbruch aufgebaute statische Aufladung soll auch für fast 400.000 Blitzereignisse in den Stunden nach der Explosion verantwortlich gewesen sein.
Etwa 10 Stunden nach dem Ausbruch sahen Menschen in Miami, USA, über 7.000 Meilen vom Vulkan entfernt, Druckwellen mit einer Geschwindigkeit von 695 mph – akustische Wellen in der Luft, die sich im Wesentlichen mit Schallgeschwindigkeit durch die Atmosphäre fortbewegten. P>
Fünf Tage nach dem Ausbruch sagte Dr. Samuel Mitchell gegenüber BBC Science Focus Magazin, dass die Aktivität des Vulkans an der Oberfläche aufgehört zu haben schien, obwohl Vulkanologen nicht sagen konnten, was unter Wasser passierte.
Warum konnten Wissenschaftler den Tonga-Ausbruch nicht vorhersagen?
Während einige Vulkanausbrüche vorhergesagt werden können, zeigen nicht alle Warnzeichen, sagt Mitchell.
„Zum Beispiel hatten wir beim jüngsten Ausbruch von La Palma auf den Kanarischen Inseln ein klassisches Signal, dass etwas passieren wird. Es gab eine Streuung von Erdbeben, die sich langsam zur Oberfläche zu einem bestimmten Punkt bewegten.
„Es könnten auch Gasemissionen oder erhöhte Temperaturen des Oberflächenwassers oder ein langsames Aufblähen des Bodens auftreten – diese Dinge können von Satelliten erfasst werden.“
Als Unterwasservulkan ist Hunga Tonga-Hunga Ha’apai weniger erforscht als Landvulkane. Dies machte es schwierig vorherzusagen, wie groß der Ausbruch sein würde, als Vulkanologen zwei Tage vor dem Ereignis Aktivitäten in der Gegend bemerkten, sagte Mitchell, dessen Schwerpunkt auf Unterwasservulkanen liegt.
Die meisten Daten, die dazu dienen, Wissenschaftler vor einem bevorstehenden Ausbruch zu warnen, werden von Instrumenten rund um den Vulkan gesammelt, und Mitchell sagte, das Sammeln dieser Daten für U-Boot-Systeme sei sehr schwierig.
Die vorhergehende Aktivität hängt auch von der Ursache der Eruption ab. Wissenschaftler wissen immer noch nicht, warum der Vulkan Hunga Tonga-Hunga Ha'apai ausgebrochen ist, aber da es sich um einen Unterwasservulkan handelt, war es wahrscheinlich eine sofortige Reaktion, nicht etwas, das seit einiger Zeit unter der Oberfläche brodelt. P>
„Sie haben 1.000 °C heißes Magma, das mit dem kalten Meerwasser interagiert, im Gegensatz zu einem Ausbruch [an Land], der von Magma angetrieben wird, das versucht, an die Oberfläche zu gelangen“, sagte Mitchell.
Am Rande des Vulkankraters liegen zwei unbewohnte Inseln:Hunga-Tonga und Hunga-Ha’apai. Nach dem Ausbruch zeigen Satellitenbilder, dass diese Inseln viel kleiner sind, was bedeutet, dass die Explosion wahrscheinlich einen großen Teil des Landes zerstört hat.
Wie wird sich der Ausbruch auf die zukünftige Forschung auswirken?
Unterwasservulkane sind rund um den Globus in verschiedenen Tiefen zu finden. Aufgrund ihrer Natur sagt Mitchell, dass Wissenschaftler noch nicht genau wissen, wie viele es gibt.
„Unser Meeresboden wurde nicht detailliert genug kartiert, um uns genaue Zahlen nennen zu können“, erklärte Mitchell. „Aber Schätzungen gehen derzeit davon aus, dass etwa 70 bis 80 Prozent aller vulkanischen Aktivitäten tatsächlich auf dem Meeresboden stattfinden.“
Diese versunkenen Vulkane sind relativ wenig erforscht, was dazu führte, dass die Katastrophe in Tonga unvorhersehbar war. Jetzt jedoch wird die Forschung von Hunga Tonga-Hunga Ha’apai Vulkanologen wie Mitchell dabei helfen, zukünftige Ereignisse besser zu verstehen und vorherzusagen.
„Es könnte jetzt Bemühungen geben, die Folgen des Ausbruchs zu untersuchen, beispielsweise die Auswirkungen auf das lokale Meeresleben, und vielleicht alle post-eruptiven Veränderungen oder Prozesse am Vulkan selbst zu überwachen“, schlug Ferguson vor. „Zum Beispiel kann es sein, dass Magma unter dem Vulkan immer noch in Bewegung ist und dass die Erkennung dieser Bewegung uns helfen kann, die Wege zu verstehen, die Magma auf seinem Weg an die Oberfläche nimmt.“
Der Ausbruch könnte sogar dazu beitragen, unser Verständnis von Vulkanen auf anderen Planeten zu erweitern.
Frühere Eruptionen von Unterwasservulkanen haben zur Bildung von Inseln geführt, da sich die Kämme des Vulkans bewegen und die Wasseroberfläche durchbrechen. „Diese Inseln bestehen aus pyroklastischem Material, das die gleiche allgemeine Morphologie wie auf dem Mars zu sehende Merkmale aufweist“, erklärte Dr. Ashley Davies, NASA-Geologe und Planetenwissenschaftler mit Spezialisierung auf Vulkanologie.
„Dies deutet darauf hin, dass sich die Marsmerkmale möglicherweise unter ähnlichen Umständen gebildet haben – anfänglich hochexplosive Ereignisse aufgrund von Magma, das direkt mit Wasser interagiert.“
Auf der Erde erodieren diese Vulkaninseln normalerweise schnell nach ihrer Entstehung. Einer, der 1964 gegründet wurde, hat sich in seiner Größe halbiert, seine Fläche von etwa 2,7 km ist ab 2012 auf 1,3 km gesunken.
„Wenn sich die Merkmale auf dem Mars tatsächlich als Ergebnis derselben vulkanischen Prozesse gebildet haben, deutet die Beständigkeit dieser alten Merkmale darauf hin, dass viel weniger Erosionskräfte im Spiel sind – ein flacheres Meer vielleicht mit weniger Wellenbewegung – was ihnen ermöglicht, Milliarden von zu bestehen Jahren“, sagte Davies.
Wissenschaftler können weder sicher sagen, ob oder wann die Vulkane des Mars ausgebrochen sind, noch wie diese Ausbrüche gewesen wären. Wir wissen jedoch, dass es in ferner Vergangenheit Wasser auf dem Mars gab.
„Der Mars hatte in der Vergangenheit Wasser an der Oberfläche und hat jetzt Eis direkt unter der Oberfläche, was ein Potenzial für diese Art von Wechselwirkungen [von Lava und Wasser] bietet“, sagte der Vulkanologe Prof. Lionel Wilson von der Lancaster University. Jetzt lässt die dünne Atmosphäre des Mars jedes Wasser, das an die Oberfläche kommt, einfach abkochen. Aber vor etwa drei Milliarden Jahren hätte der atmosphärische Druck hoch genug sein können, um stehendes Wasser zu haben.
Einige der größeren Vulkane auf dem Mars, wie Olympus Mons und Ascraeus Mons, könnten Milliarden Jahre alt sein, erklärte Wilson. Wenn es also eine Überschneidung zwischen dichterer Atmosphäre und vulkanischer Aktivität gegeben hätte, könnten Explosionen wie die des Vulkans Hunga Tonga-Hunga Ha’apai stattgefunden haben.
„Tonga befindet sich in einer ziemlich geringen Tiefe unter der Wasseroberfläche, was es so explosiv machte – tiefer unter Wasser neigt der hohe Druck dazu, heftige Wechselwirkungen zu unterdrücken“, sagte Wilson.
Während die Vulkane auf dem Mars in einer Umgebung mit ähnlichem Niederdruck hätten aktiv sein können, würden die Vulkane auf der Venus hier auf der Erde eher wie ein tiefer liegender Unterwasservulkan ausbrechen.
„Es gibt indirekte Beweise dafür, dass es auf der Venus vulkanische Aktivität gibt. Einige Infrarotsignale sehen aus wie Beispiele heißer Lava, aber wir können keine Details sehen, nur einen Hotspot“, sagte Wilson. „Aber alle Gase, die in flüssiger Lava auf der Venus gelöst sind, würden es schwer haben, herauszukommen, also ist es wahrscheinlich nicht, dass es sich um heftige Explosionen handelt. Um diesen klassischen Ausbruch einer Feuerfontäne zu erreichen, muss das Gas die Fähigkeit haben, Blasen zu erzeugen, die sich in der Lava ausdehnen, um sie in kleine Tröpfchen zu zerreißen.“
Wie hat der Tonga-Vulkan einen Tsunami verursacht?
Leider sagen Wissenschaftler, dass Fälle von vulkanisch verursachten Tsunamis nicht gut aufgezeichnet sind. Und bis weitere Daten vorliegen, wird es schwer zu sagen, was genau den Tonga-Tsunami verursacht hat, sagt Mitchell.
„Es könnte ein paar verschiedene Faktoren geben, aber das Wichtigste, um den Tsunami auszulösen, ist eine riesige Wasserverdrängung.
„Das könnte von einer Explosion unter Wasser stammen, die im Grunde genommen Wasser aus dem Vulkan heraus- und wegtreibt. Dafür gibt es hier einen Grund, weil wir die Größe der physischen Explosion gesehen haben. Die von ihm erzeugte Schockwelle könnte eine Möglichkeit sein, Wasser plötzlich nach außen zu bewegen.“
Der Tsunami könnte auch durch große Landbewegungen im Ozean verursacht worden sein. Wenn der Vulkankrater Hunga-Tonga-Hunga-Ha'apai zusammengebrochen wäre, hätte dies eine riesige Wasserbewegung unter der Oberfläche verursacht.
Als sich der Tsunami ausbreitete, wurden Warnungen rund um den Südpazifik und bis nach Japan, Kanada und den USA herausgegeben. In Peru, wo zwei Menschen durch Überschwemmungen starben, kippten die Wellen einen Öltanker um. Mehr als 6.000 Barrel Öl liefen an peruanischen Stränden aus, in einer sogenannten „ökologischen Katastrophe“, die das Meeresleben und die lokale Fischerei jahrelang beeinträchtigen wird.
Das Ausmaß der Auswirkungen des Ausbruchs auf die biologische Vielfalt der Meere ist noch nicht bekannt, aber Dr. David Ferguson, ein Vulkanologe an der Universität von Leeds, sagt, dass Asche, die in den umgebenden Ozean fällt, wahrscheinlich die größten Auswirkungen haben wird.
Wie wirkt sich Vulkanasche auf die Ökologie aus?
„Asche, die unter Wasser ausgebrochen ist, bewegt sich normalerweise nicht sehr weit, aber die Tatsache, dass die Vulkanfahne in die Atmosphäre ausgestoßen wurde, ermöglicht es der darin enthaltenen Asche, weiter transportiert und dann im nahe gelegenen Ozean abgelagert zu werden“, sagte Ferguson.
„Wenn die [in das Wasser gefallene] Aschemenge erheblich ist, kann sie Merkmale wie Korallenriffe ersticken und dazu führen, dass Fische und andere Meerestiere woanders hinziehen, wodurch Nahrungsketten, Ökologie und mehr gestört werden.“
Interessanterweise kann Asche Nährstoffe liefern, die einigen Organismen, wie Meeresalgen, zugute kommen.
„Algenblüten wurden in Gebieten entdeckt, in denen Vulkanasche in den Ozeanen abgelagert wurde“, sagte Ferguson. Dies ist jedoch nicht unbedingt eine gute Nachricht, da es die Ökologie von Korallenriffen stören und zu nachteiligen Auswirkungen führen kann. In einem Land wie Tonga, in dem die Fischerei ein sehr wichtiger Teil der Wirtschaft ist, kann es aufgrund des Ascheregens zu Problemen mit vorübergehenden Verlusten der Fischbestände kommen.“
Die Ausbreitung von Asche um Tonga beeinträchtigte Flüge und gefährdete Bemühungen um Auslandshilfe. Asche kann auch gesundheitliche Probleme verursachen, den Hals reizen und Menschen zum Husten bringen, obwohl diese Auswirkungen angeblich kurzfristig und relativ harmlos sind. Bei Personen mit bereits bestehenden Atemproblemen kann die herabfallende Asche Symptome wie Keuchen und Kurzatmigkeit verschlimmern.
Da der Ausbruch unter dem Meer stattfand, ist es wahrscheinlich, dass die resultierende Asche auf ihrem Weg an die Oberfläche Salz aus dem Wasser aufgenommen hat. Dieses Salz fiel dann über Land, und einige frühe Berichte deuten darauf hin, dass das Salz lokale Ernten austrocknen könnte.
Warum werden Unterwasservulkane so wenig untersucht?
Laut Mitchell sind Unterwasservulkane „ein unbekannter Teil der Vulkanologie“.
„Die Ironie ist, dass dieses Gebiet in gewisser Weise unbekannt ist, weil es normalerweise kein sehr einflussreicher Teil der Vulkanologie ist. Die Aktivität eines Unterwasservulkans bleibt normalerweise auf dem Meeresboden und hat nur sehr geringe Auswirkungen auf das Land.
„Manchmal gibt es Ereignisse, die sich auf die Gesellschaft auswirken. Damals im Oktober 2021 führte ein Ausbruch in der Nähe von Japan dazu, dass Bimssteine trieben und sich in einem Hafen sammelten.“
Mitchell sagt, dass diese Vulkane nicht so gut überwacht werden, weil sie nicht als besonders gefährlich gelten.
„Wir wissen nicht viel über sie, aber es gibt wenig Geldmittel [für Wissenschaftler], um in die Lage zu kommen, nach draußen zu gehen und Instrumente einzusetzen, die uns helfen können, mehr zu sagen und möglicherweise Warnzeichen zu geben.“
Der jüngste Ausbruch könnte jedoch ein Licht auf das trübe Wasser werfen. „Jedes Ereignis, das passiert, ermöglicht es uns, es für die Zukunft besser zu machen.“