Nguyên nhân gây ra sự bất thường ở vụ phun trào núi lửa Tonga

Tháng 5 năm nay, nhà nghiên cứu núi lửa Shane Cronin tại Đại học Auckland đã dẫn đầu một nhóm đi thuyền trên mặt biển, qua vị trí vùng lõm trung tâm hình thành khi núi lửa phun trào, và sử dụng sóng siêu âm để lập bản đồ cấu trúc miệng núi lửa. Họ phát hiện miệng núi lửa rộng 4 km, vốn nằm ở 200 m dưới mực nước biển, sau vụ phun trào giờ đã nằm ở độ sâu khoảng 850 m. Nhóm nghiên cứu ước tính trong quá trình hình thành cấu trúc mới, khoảng 6,5 km³ đá đã bị văng ra - tương đương với một quả cầu có đường kính bằng Cầu Cổng Vàng ở San Francisco, California.

Nguyên nhân của các vụ nổ tạo ra sóng trọng lực và độ sâu mới của miệng núi lửa, là do tương tác giữa một lượng lớn magma nóng và nước lạnh khi núi lửa phun trào. "Khi đó, nước 20 độ C tiếp xúc trực tiếp với magma 1.110 độ C. Sự chênh lệch nhiệt độ lớn như vậy làm cho nước phát nổ khi bị ép tiếp xúc với magma. Mỗi vụ nổ như vậy đẩy nước sâu hơn vào magma, tăng diện tích bề mặt tiếp xúc, và tạo ra các vụ nổ tiếp theo trong một phản ứng dây chuyền," Cronin giải thích.

Vị trí ban đầu của miệng núi lửa đủ nông khiến cho áp suất của nước không ngăn được các vụ nổ xảy ra; nhưng đủ sâu để magma được cung cấp một lượng nước khổng lồ, tạo ra những tương tác dẫn đến các vụ nổ lớn và hàng trăm vụ nổ nhỏ xảy ra vài phút một đợt.

Cronin cho biết các nhân chứng ở cách núi lửa 90 km nghe thấy “tiếng nổ lách tách và tiếng ồn như tiếng đạn pháo”. “Đó không phải là âm thanh mà tôi từng nghe thấy từ những vụ núi lửa phun trào trước đây.” Các hạt tro thu được ở Tonga sau vụ phun trào cho thấy đã có sự va chạm dữ dội giữa magma và nước biển. Khi magma và nước biển tiếp xúc với nhau, nó tạo ra sóng xung kích đủ mạnh để làm nứt vỡ các hạt tro.

Một nhóm thám hiểm khác từ Viện Nghiên cứu Nước và Khí quyển Quốc gia New Zealand (NIWA) đã đến núi lửa vào tháng 4, lấy mẫu tro từ đáy biển xung quanh núi lửa. Kết quả cho thấy vụ phun trào đã tạo ra các dòng chảy pyroclastic (dòng chất lỏng hỗn hợp đá, khí và tro nóng trên 800 độ C), các dòng tro nóng và dung nham chảy tràn qua phía miệng núi lửa. Những dòng chảy này lan rộng hàng nghìn km dưới dáy biển, phá hủy các đường dây cáp (bao gồm cả những đường cáp cung cấp Internet cho Tonga, đến nay vẫn chưa được khôi phục hoàn toàn) và gây ra các đợt sóng thần cao đến 18 mét ập vào các hòn đảo gần đó. Ở vùng đáy biển đó dường như không còn gì sống sót, kể cả vi khuẩn, nhóm NIWA cho biết. Họ đang tiếp tục phân tích mẫu để tìm hiểu các tác động tiềm tàng đối với nồng độ oxy trong đại dương và quá trình axit hóa đại dương.

Tuy nhiên, dữ liệu vệ tinh cho thấy thực vật phù du trong đại dương nhìn chung đã tăng vọt sau vụ phun trào nhờ ăn các chất dinh dưỡng do vụ nổ giải phóng, kéo theo sự sống ở một số hòn đảo xung quanh núi lửa Tonga nở rộ.

Một số nghiên cứu cho thấy đã có những dấu hiệu dự báo trước vụ phun trào. Thomas Walter ở Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Địa chất Đức, Potsdam, cho biết các kết quả địa chấn học cho thấy vành miệng núi lửa đã bắt đầu sụp đổ cục bộ vài giờ trước sự kiện. Hình ảnh vệ tinh cũng cho thấy một phần vành phía bắc của miệng núi lửa sụp đổ một ngày trước khi phun trào. "Đây có thể giai đoạn đầu của sự sụp đổ miệng núi lửa," Cronin nói, và có thể là dấu hiệu giúp dự báo các vụ phun trào núi lửa ngầm trong tương lai. "Đây rõ ràng là một bài học quan trọng."