เมื่อภูเขาไฟในราชอาณาจักรตองกาแปซิฟิกใต้เริ่มปะทุในปลายเดือนธันวาคม 2564 และเกิดการระเบิดอย่างรุนแรงในกลางเดือนมกราคม 2565 นักวิทยาศาสตร์ของ NASA จิม การ์วินและเพื่อนร่วมงานต่างก็อยู่ในจุดที่ดีในการศึกษาเหตุการณ์ดังกล่าว นับตั้งแต่แผ่นดินใหม่เกิดขึ้นเหนือผิวน้ำในปี 2558 และเชื่อมกับเกาะที่มีอยู่ 2 เกาะ Garvin และทีมนักวิจัยนานาชาติได้ติดตามการเปลี่ยนแปลงที่นั่น ทีมงานใช้การสังเกตการณ์จากดาวเทียมและการสำรวจธรณีฟิสิกส์บนพื้นผิวเพื่อติดตามวิวัฒนาการของส่วนนี้ของโลกที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว
แผนที่ระดับความสูงแบบดิจิทัลด้านบนและด้านล่างแสดงการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ที่ Hunga Tonga-Hunga-Hunga Ha’apai ซึ่งเป็นส่วนบนสุดของภูเขาไฟใต้น้ำขนาดใหญ่ มันยกตัวขึ้นจากพื้นทะเล 1.8 กิโลเมตร (1.1 ไมล์) ยาว 20 กิโลเมตร (12 ไมล์) และมียอดจากหลุมอุกกาบาตใต้น้ำขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 5 กิโลเมตร เกาะนี้เป็นส่วนหนึ่งของขอบแอ่งภูเขาไฟ Hunga และเป็นเพียงส่วนเดียวที่อยู่เหนือน้ำ
ขณะนี้ ดินแดนใหม่ทั้งหมดหายไป เหลืออยู่เพียงเกาะ 2 เกาะที่เก่าแก่กว่า
“นี่เป็นการประมาณการเบื้องต้น แต่เราคิดว่าปริมาณพลังงานที่ปล่อยออกมาจากการปะทุนั้นเทียบเท่ากับระเบิดทีเอ็นทีระหว่าง 5 ถึง 30 เมกะตัน” การ์วิน หัวหน้านักวิทยาศาสตร์ของ Goddard Space Flight Center ของ NASA กล่าว “ปริมาณพลังงานนั้นขึ้นอยู่กับสสารวัสดุที่หายไป ความทนทานของหิน และการปะทุของเมฆที่พัดสู่ชั้นบรรยากาศด้วยความเร็วที่หลากหลาย” การปะทุของภูเขาไฟดังกล่าวปล่อยพลังงานกลเทียบเท่ากับการระเบิดนิวเคลียร์ฮิโรชิมาหลายร้อยเท่า สำหรับการเปรียบเทียบ นักวิทยาศาสตร์ประเมินว่า Mount St. Helens ระเบิดในปี ค.ศ.1980 ด้วย 24 เมกะตัน และ Krakatoa ระเบิดในปี ค.ศ.1883 ด้วยพลังงาน 200 เมกะตัน
Garvin และ Dan Slayback เพื่อนร่วมงานของ NASA ทำงานร่วมกับนักวิจัยหลายคนในการพัฒนาแผนที่โดยละเอียดของ Hunga Tonga-Hunga-Hunga Ha’apai ด้านบนและด้านล่างของแนวน้ำ พวกเขาใช้เรดาร์ความละเอียดสูงจาก Radarsat 2 ของ Canadian Space Agency การสังเกตการณ์ด้วยแสงจากบริษัทดาวเทียม Maxar และการวัดระดับความสูงจากภารกิจ ICESat-2 ของ NASA พวกเขายังใช้ข้อมูลการวัดปริมาณน้ำโดยใช้โซนาร์ที่รวบรวมโดย Schmidt Ocean Institute โดยร่วมมือกับ NASA และ Columbia University
ในช่วงหกปีที่ผ่านมา นักวิจัยจาก NASA, Columbia, Tongan Geological Service และ Sea Education Association ทำงานร่วมกันเพื่อตรวจสอบว่าภูมิประเทศรุ่นเยาว์ถูกกัดเซาะอย่างไรอันเนื่องมาจากคลื่นที่หมุนวนอย่างต่อเนื่องและพายุหมุนเขตร้อนเป็นครั้งคราว พวกเขายังตั้งข้อสังเกตอีกว่าสัตว์ป่า—พุ่มไม้ชนิดต่างๆ, หญ้า, แมลงและนก—ได้เปลี่ยนระบบนิเวศอันเขียวชอุ่มของ Hunga Tonga และ Hunga Ha’apai และตั้งอาณานิคมบนภูมิประเทศที่แห้งแล้งมากขึ้นของดินแดนใหม่
สิ่งต่างๆ เปลี่ยนไปอย่างมากในเดือนมกราคม ในช่วงสองสามสัปดาห์แรกของปี 2565 การปะทุของภูเขาไฟดูเหมือนเป็นเรื่องที่คาดการณ์ไว้ โดยมีการระเบิดเตฟรา เถ้า ไอน้ำ และก๊าซภูเขาไฟอื่นๆ เป็นระยะๆ ขณะที่แมกมาและน้ำทะเลมีปฏิสัมพันธ์กันที่ปล่องใกล้กลางเกาะ การปะทุของ Surtseyan ที่กำลังดำเนินอยู่ได้เปลี่ยนโฉมภูมิทัศน์และขยายเกาะโดยการเพิ่มตะกอนขี้เถ้าให้กับกรวยภูเขาไฟที่กำลังเติบโต
“ต้นเดือนมกราคม ข้อมูลของเราแสดงให้เห็นว่าเกาะได้ขยายตัวประมาณ 60 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับเหตุการณ์เดือนธันวาคมจะเริ่มต้น” การ์วินกล่าว “ทั้งเกาะถูกปกคลุมไปด้วยเถ้าใหม่หนึ่งในสิบลูกบาศก์กิโลเมตร ทั้งหมดนี้เป็นเรื่องปกติ พฤติกรรมที่คาดหวัง และน่าตื่นเต้นมากสำหรับทีมของเรา”
แต่ในวันที่ 13-14 มกราคม การระเบิดอันทรงพลังผิดปกติส่งเถ้าถ่านพุ่งขึ้นสู่ชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์ จากนั้น การระเบิดเมื่อวันที่ 15 มกราคม ได้ส่งให้สสารและอนุภาคลอยสูงขึ้นไปถึง 40 กิโลเมตร (25 ไมล์) และอาจสูงถึง 50 กิโลเมตร ปกคลุมเกาะใกล้เคียงด้วยเถ้าถ่านและก่อให้เกิดคลื่นสึนามิทำลายล้าง นักบินอวกาศบนสถานีอวกาศนานาชาติถ่ายภาพเถ้าถ่านเหนือมหาสมุทรแปซิฟิกใต้
การปะทุแบบ Surtseyan ส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับน้ำปริมาณเล็กน้อยที่สัมผัสกับหินหนืด “ถ้ามีน้ำหยดลงไปในหินหนืดเพียงเล็กน้อย มันก็เหมือนกับน้ำที่ตกลงกระทะร้อน คุณได้รับไอระเหยและน้ำจะเผาผลาญอย่างรวดเร็ว” การ์วินอธิบาย “สิ่งที่เกิดขึ้นในวันที่ 15 นั้นแตกต่างออกไปจริงๆ เราไม่รู้ว่าทำไม — เพราะเราไม่มีเครื่องวัดคลื่นไหวสะเทือนบน Hunga Tonga-Hunga-Hunga Ha’apai — แต่มีบางอย่างที่ทำให้ชั้นหินแข็งในฐานรากอ่อนแอลง และทำให้ขอบด้านเหนือของแคลดีราพังทลายบางส่วน ลองนึกดูว่าเมื่อก้นกระทะหลุดออกมา ปล่อยให้น้ำปริมาณมหาศาลไหลเข้าไปในห้องแมกมาใต้ดินที่อุณหภูมิสูงมาก”
อุณหภูมิของแมกมามักจะเกิน 1,000 องศาเซลเซียส น้ำทะเลอยู่ใกล้ 20 องศาเซลเซียส การผสมของทั้งสองเข้าด้วยกันสามารถระเบิดได้อย่างไม่น่าเชื่อ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในพื้นที่จำกัดของแมกมา “นี่ไม่ใช่การปะทุของ Surtseyan ที่เคยเป็นมา เนื่องจากมีน้ำจำนวนมากที่ต้องเกี่ยวข้อง” Garvin กล่าว “อันที่จริง เพื่อนร่วมงานของฉันในด้านภูเขาไฟวิทยาบางคนคิดว่าเหตุการณ์ประเภทนี้สมควรได้รับการกำหนดแยกออกมา สำหรับตอนนี้ เราเรียกมันว่า การปะทุ ‘ultra Surtseyan’ อย่างไม่เป็นทางการ”
สำหรับนักธรณีวิทยาอย่าง Garvin การได้ชมการเกิดและวิวัฒนาการของ “เกาะ แบบ Surtseyan” เป็นเรื่องที่น่าสนใจ ส่วนหนึ่งเป็นเพราะยังไม่มีตัวอย่างที่เกิดในช่วงยุคใหม่ นอกเหนือจาก Surtsey ซึ่งก่อตั้งขึ้นใกล้กับไอซ์แลนด์ในปี 2506 ถึง 2510 เกาะ Surtseyan ใหม่ส่วนใหญ่ถูกกัดเซาะภายในเวลาไม่กี่เดือนหรือหลายปี
สิ่งที่การ์วินสนใจเกี่ยวกับเกาะเหล่านี้คือสิ่งที่พวกเขาอาจสอนเราเกี่ยวกับดาวอังคาร “เกาะภูเขาไฟขนาดเล็กที่เพิ่งสร้างขึ้นใหม่ มีวิวัฒนาการอย่างรวดเร็ว เป็นหน้าต่างที่ทำหน้าที่เป็นน้ำผิวดินบนดาวอังคาร และวิธีที่พวกมันอาจส่งผลกระทบต่อธรณีสัณฐานของภูเขาไฟขนาดเล็กที่คล้ายคลึงกัน” เขากล่าว “ที่จริงแล้ว เราเห็นพื้นที่ลักษณะคล้ายคลึงกันบนดาวอังคารในหลายภูมิภาค”
NASA Earth Observatory images by Joshua Stevens, using elevation data courtesy of Dan Slayback/NASA/GSFC. Astronaut photograph ISS066-E-117965 was acquired on January 16, 2022, with a Nikon D5 digital camera using a focal length of 50 millimeters. NASA ground photo by Dan Slayback. Story by Adam Voiland.
References & Resources
Garvin, J.B. et al. (2018, March 11) Monitoring and Modeling the Rapid Evolution of Earth’s Newest Volcanic Island: Hunga Tonga Hunga Ha‘apai (Tonga) Using High Spatial Resolution Satellite Observations. Geophysical Researcher Letters, 45 (8), 3445-3452.
The Guardian (2022, January 17) Tonga volcano: a visual guide to the eruption and its aftermath. Accessed January 21, 2022.
Hite, E. et al. (2020) Exploring the human-nature dynamics of Hunga Tonga Hunga Ha'apai, Earth’s newest landmass. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 401, 106902.
NASA Earth Expeditions (2019) Tonga. Accessed January 18, 2022.
Nature (2022, January 20) How the Tonga eruption is helping space scientists understand Mars. Accessed January 21, 2022.
NASA Scientific Visualization Studio (2018, June 8) Using Earth to Understand How Water May Have Affected Volcanoes on Mars. Accessed January 21, 2022.
NASA (2017, December 11) Shows New Tongan Island Made of Tuff Stuff, Likely to Persist Years. Accessed January 21, 2022.
NPR (2022, January 18) NASA scientists estimate Tonga blast at 10 megatons. Accessed January 21, 2022.
NPR (2022, January 21) A nuclear-test monitor calls Tonga volcano blast ‘biggest thing that we’ve ever seen”. Accessed January 21, 2022.
Wired (2022, January 20) Scientists Are Racing to Understand the Fury of Tonga’s Volcano. Accessed January 21, 2022.
National Geographic (2022, January 20) The volcanic explosion in Tonga destroyed an island—and created many mysteries. Accessed January 21, 2022.
NASA Earth Observatory Undersea Eruption Near Tonga. Accessed January 21, 2022.
TARAGRAPHIES 