Wulkaniczne tsunami

Tsunami najczęściej kojarzymy z silnymi trzęsieniami ziemi pod dnem oceanów. Wulkany również potrafią jednak wywoływać ogromne fale. Dzieje się to znacznie rzadziej, ale skutki mogą być katastrofalne. Współczesne zestawienia wskazują, że około 6% tsunami zarejestrowanych w ciągu ostatnich czterech stuleci miało pochodzenie wulkaniczne.

Jak wulkan może wywołać tsunami?

Aby powstało tsunami, trzeba w krótkim czasie przemieścić dużą masę wody. W przypadku wulkanów może do tego dojść podczas:

• gwałtownej erupcji podmorskiej,
• zapadnięcia się kaldery,
• osunięcia się fragmentu zbocza wulkanu do morza,
• podmorskiego osuwiska,
• wtargnięcia do wody dużego prądu piroklastycznego,
• gwałtownego przemieszczenia wody przez produkty erupcji,
• a podczas wyjątkowo potężnej eksplozji – nawet wskutek oddziaływania fali ciśnienia przemieszczającej się w atmosferze.

Często kilka z tych procesów działa jednocześnie, dlatego ustalenie dokładnego mechanizmu historycznego tsunami bywa trudne.

Udział różnych czynników w wywoływaniu tsunami (źródło: http://rickrideshorses.hubpages.com):

• Trzęsienia ziemi towarzyszące erupcjom – 22%,
• Wtargnięcie spływu piroklastycznego do morza – 20%,
• Erupcje podmorskie – 19%,
• Kolaps lub subsydencja kaldery – 9%,
• Lawina gruzowa, osuwisko – 7%,
• Fala podstawowa stowarzyszona z falą szokową – 7%,
• Lawina gorących produktów erupcji – 6%,
• Fale powietrzne wywołane erupcją eksplozywną – 4,5%,
• Wtargnięcie laharu do morza – 4,5%,
• Wtargnięcie lawy do morza – 1%.

Podczas bardzo dużej erupcji z płytkiego zbiornika magmowego może zostać szybko usunięta znaczna ilość magmy. Skały znajdujące się ponad nim tracą podparcie i zaczynają się zapadać.

Jeśli dzieje się to na wyspie wulkanicznej albo pod powierzchnią morza, w krótkim czasie mogą zostać przemieszczone ogromne ilości wody. Takie zapadnięcie kaldery jest jednym z mechanizmów zdolnych do wytworzenia bardzo dużego tsunami.

Wulkany są często wysokimi i stromymi budowlami złożonymi z naprzemiennych warstw lawy i luźnych materiałów piroklastycznych. Ich zbocza mogą być dodatkowo osłabiane przez gorące roztwory hydrotermalne. Czasem znaczna część takiej budowli nagle się osuwa.

Jeżeli lawina gruzowa o objętości milionów metrów sześciennych wpada do morza, zachowuje się trochę jak gigantyczny kamień wrzucony do wody – tyle że jej rozmiary są nieporównanie większe.

Właśnie taki mechanizm odegrał główną rolę podczas katastrofy Anak Krakatau w 2018 roku. 22 grudnia część stożka wulkanu osunęła się do Cieśniny Sundajskiej. Powstałe tsunami uderzyło w wybrzeża Jawy i Sumatry. W niektórych miejscach wysokość napływu przekroczyła 10 m. Katastrofa była szczególnie niebezpieczna, ponieważ nie poprzedziło jej wielkie trzęsienie ziemi, na które nastawione są klasyczne systemy ostrzegania przed tsunami.

Innym mechanizmem jest wtargnięcie do wody prądu piroklastycznego – szybko przemieszczającej się mieszaniny gorących gazów, popiołu i fragmentów skał. Jeśli ogromna masa produktów erupcji gwałtownie wchodzi do morza, może wypchnąć wodę i stworzyć falę tsunami.

Proces ten prawdopodobnie odegrał ważną rolę również podczas erupcji Krakatau w 1883 roku. Prądy piroklastyczne z tej erupcji przebyły nawet około 40 km ponad wodami Cieśniny Sundajskiej i dotarły do wybrzeży Sumatry.

Prędkość tsunami zależy przede wszystkim od głębokości wody. Na głębokim oceanie fala może poruszać się z prędkością około 700–900 km/h. W najgłębszych rowach oceanicznych możliwe są jeszcze większe wartości, zbliżające się do 1000 km/h. W miarę zbliżania się do brzegu i zmniejszania głębokości fala wyraźnie zwalnia. Jednocześnie jej długość się skraca, a wysokość może gwałtownie wzrosnąć.

Na otwartym oceanie tsunami może mieć zaledwie kilkadziesiąt centymetrów wysokości i być prawie niezauważalne dla statku. Dopiero przy wybrzeżu może zamienić się w niszczycielski napływ wody.

Jeszcze wcześniej, w 1792 roku, katastrofa dotknęła okolice wulkanu Unzen w Japonii. Po okresie aktywności wulkanicznej i trzęsień ziemi doszło do ogromnego osuwiska w obrębie kopuły Mayuyama. Lawina gruzowa przebyła około 6,5 km i wpadła do zatoki. Gwałtowne wtargnięcie masy skalnej do morza wytworzyło tsunami, które uderzyło w wybrzeża zatoki Shimabara. Zginęło prawie 15 tys. osób,

Jedno z najbardziej niezwykłych odkryć ostatnich lat pokazało, że tsunami może zostać wywołane nawet przez falę ciśnienia przemieszczającą się w atmosferze. 15 stycznia 2022 roku doszło do gigantycznej erupcji podmorskiego wulkanu Hunga Tonga–Hunga Haʻapai w archipelagu Tonga.

Eksplozja wysłała w atmosferę potężną falę ciśnienia, która kilkakrotnie okrążyła Ziemię. Jednocześnie powstało tsunami obserwowane nie tylko na Pacyfiku, ale na całym świecie. Było to pierwsze, globalne wulkaniczne tsunami obserwowane za pomocą współczesnej, gęstej sieci instrumentów.