Vele jaren lang stak de vulkaan Hunga Tonga-Hunga Ha’apai net boven de zeespiegel uit, als een tweetal rotseilandjes waarvan het ene Hunga Tonga werd genoemd en het andere Hunga Ha’apai. Bij een uitbarsting in 2014 werd een derde eilandje gevormd, dat niet lang daarna samen met het eerdere tweetal tot één groter eiland zou versmelten. Toen de vulkaan in december 2021 weer ontwaakte en vulkanisch gesteente en as begon uit te braken, werd dat vulkaaneilandje verder uitgebouwd.
Maar toen kwam de catastrofale uitbarsting van 15 januari. Zoals inmiddels op satellietbeelden is te zien, zijn er nu nog maar twee eilandjes over die de aanwezigheid van het monster onder de golven verraden. En of het nu over een paar weken of pas over vele jaren zal gebeuren, de vulkaan zal uiteindelijk weer uit zee herrijzen.
Deze cyclus van verwoesting en wedergeboorte is kenmerkend voor vulkanen als de Hunga Tonga-Hunga Ha’apai, een van de vele in het Koninkrijk Tonga. Toch was de reusachtige uitbarsting, waarbij volgens de NASA vijf à zes miljoen ton TNT aan explosieve energie vrijkwam, de zwaarste in meerdere decennia. Bij de eruptie ontstond een tsunami die razendsnel de hele Stille Oceaan overstak, en een geluidsgolf die tweemaal rond de aardbol galmde. Een dichte wolk van as en gas werd tot een hoogte van ruim dertig kilometer de stratosfeer in gestoten, terwijl delen ervan een hoogte van 55 kilometer bereikten. Maar het opmerkelijkste was misschien wel het feit dat al deze verschijnselen het gevolg waren van een vulkanische oprisping die niet langer dan een uur had geduurd.
Lees ook: Vulkaanuitbarsting in eilandstaat Tonga nader verklaard
‘Alles wat we tot nu toe over de uitbarsting te weten zijn gekomen, is compleet bizar,’ zegt Janine Krippner, vulkanoloog van het Global Volcanism Program, onderdeel van het Smithsonian Institution.
Wetenschappers zijn nu naarstig op zoek naar antwoorden op de vraag waarom deze uitbarsting zo explosief was en zulke verrassend verreikende tsunami’s veroorzaakte. Aanwijzingen voor de kracht van de explosie zijn misschien te vinden in de chemische samenstelling van het vulkanische gesteente dat tijdens historische uitbarstingen uit de afkoelende lava is ontstaan. In een nieuwe studie die onlangs in het tijdschrift Lithos is gepubliceerd, hebben wetenschappers enkele belangrijke verschillen beschreven tussen het materiaal dat bij grotere en kleinere erupties van de Hunga Tonga-Hunga Ha’apai is uitgestoten. En nu zijn ze benieuwd naar de chemische samenstelling van het materiaal dat bij de recente mega-uitbarsting is uitgebraakt.
Meer inzicht in de precieze oorzaak van deze uitbarsting kan in de toekomst bijdragen aan het inschatten van risico’s. Maar voorlopig is alle aandacht gericht op de inwoners van het Koninkrijk Tonga en op de vraag of er op afzienbare tijd meer vulkaanuitbarstingen in het verschiet liggen. Het overgrote deel van de vulkaan ligt nu onder de zeespiegel en kan dus niet langer door satellieten worden waargenomen. Bovendien is er ter plekke geen apparatuur aanwezig om onderaardse verplaatsingen van grote hoeveelheden magma te registreren.
‘Als we niet kunnen volgen wat er in het magmastelsel gebeurt, dan hebben we ook geen idee wat er verder nog kan gebeuren,’ zegt Krippner.
Onderzeese kolos
Hoewel de Hunga Tonga-Hunga Ha’apai in het verleden talloze keren tot uitbarsting is gekomen, is het nog niet zo lang geleden dat wetenschappers zich realiseerden hoe reusachtig deze uitbarstingen konden zijn. Verreweg het grootste deel van de vulkaan ligt onder water en is dus heel moeilijk te onderzoeken.
Lees ook: Waarom vulkanen rookkringen uitblazen
‘Niemand had tot nu toe gesteente van deze vulkaan ter plekke onderzocht,’ zegt Simon Barker, vulkanoloog aan de Victoria University of Wellington in Nieuw-Zeeland en een van de auteurs van het nieuwe onderzoek in Lithos waarin de recente geschiedenis van de vulkaan is geanalyseerd.
In 2015 huurden Barker en zijn collega’s een boot en brachten meerdere nachten op het met keien bezaaide vulkaaneilandje door. Terwijl ze het landschap analyseerden en bodemmonsters namen, ontdekten ze op de zeebodem rond de hoofdkrater van het eilandje enkele kleinere vulkaankegels, die op recente uitbarstingen wezen.
Ook ontdekten ze dikke lagen van verbrokkeld vulkanisch gesteente en as die zo’n 1800 en 900 jaar geleden tijdens twee kolossale uitbarstingen door pyroclastische stromen waren afgezet.
‘We beseften dat de geschiedenis van deze vulkaan heel wat complexer was dan tot nu toe werd aangenomen,’ zegt Barker.
De chemische samenstelling van het uitgestoten materiaal zou kunnen verklaren waarom de uitbarsting van januari zo krachtig was, zegt Marco Brenna, vulkanoloog aan de University of Otago in Nieuw-Zeeland en medeauteur van de nieuwe studie in Lithos.
Als mineralen in een magmastelsel beginnen af te koelen, ontstaan er in verschillende fases verschillende soorten kristallen, waardoor de samenstelling van de slinkende hoeveelheid magma aan voortdurende verandering onderhevig is. Tijdens de vorming van kristallen worden al deze veranderingen in een ‘archief’ van groeiringen vastgelegd, zoals boomringen de groei van een boom vastleggen.
Brenna en zijn collega’s analyseerden de groeiringen van kristallen in gesteenten die bij de grote uitbarstingen van 1800 en 900 jaar geleden werden uitgebraakt. En uit dat onderzoek komt naar voren dat kort vóór deze erupties verse magma naar de onderaardse magmakamer onder de vulkaan omhoog werd gestuwd – een veel voorkomende aanleiding voor vulkaanuitbarstingen. Maar in gesteenten die bij de veel kleinere erupties in 2008 en 2015 werden uitgestoten, vonden de onderzoekers de groeiringen niet, wat er volgens Brenna op wijst dat de magmakamer gedurende een zeer lange periode was aangevuld.
Wetenschappers willen nu de chemische samenstelling van het onlangs uitgestoten materiaal analyseren om te achterhalen wat het over de recente uitbarsting kan vertellen. ‘Het zal ongelooflijk interessant zijn om te onderzoeken wat er in het archief van kristallen is vastgelegd,’ zegt Brenna.
Hoewel de explosieve aard van de uitbarsting deels verklaard kan worden door deze onderaardse processen, heeft ook het zeewater een belangrijke rol gespeeld in de recente ontploffing, zegt Geoff Kilgour, een vulkanoloog van het Nieuw-Zeelandse instituut GNS Science die geen deel uitmaakte van het onderzoeksteam. De explosieve kracht van een vulkaanuitbarsting kan door instromend water vele malen worden vergroot, maar het is nog onduidelijk hoe dat in het geval van de Hunga Tonga-Hunga Ha'apai tot zo’n verbluffende knal heeft geleid.
Volgens Kilgour was er bij de recente explosie mogelijk de juiste mix van magma en water aanwezig en zou zich bij een iets andere verhouding tussen magma en zeewater een veel kleinere explosie hebben voorgedaan. ‘Het kan zijn dat we precies in de juiste bandbreedte voor zo’n grote explosie zaten,’ zegt hij.
Een ‘lucht’-tsunami?
De uitbarsting van 15 januari ging met nog meer verrassingen gepaard, want hoewel er bij de reusachtige explosie enorm veel energie is vrijgekomen, werd er tegelijkertijd opmerkelijk weinig materiaal uitgestoten. Op het naburige eilandje Tongatapu kan een aslaag van een eerdere eruptie worden aangetroffen, en die laag is volgens Barker tienmaal dikker dan de nieuwe laag as die bij de recente uitbarsting is gevormd.
Sommige wetenschappers denken dat de kortstondige uitbarsting van energie op 15 januari misschien ook heeft geleid tot de verrassend zware tsunami-golven die op de uitbarsting volgden.
Tsunami’s ontstaan doorgaans door onderzeese aardverschuivingen, bijvoorbeeld bij een zware zeebeving of wanneer de flank van een onderzeese vulkaan plotseling naar beneden glijdt. Maar na de uitbarsting van de Hunga Tonga-Hunga Ha’apai doken tsunami-golven op allerlei vreemde plekken op, zoals in de Caraïbische Zee, en ze bereikten deze gebieden ook veel eerder dan je in het geval van een klassieke tsunami zou verwachten.
De tsunami-golven die enige tijd later de verre kusten rond de Stille Oceaan bereikten, waren niet minder bizar. Hoe verder een tsunami zich vanaf zijn punt van oorsprong over de oceaan verplaatst, des te zwakker hij wordt. Maar terwijl de golven die op naburige eilanden in het Koninkrijk Tonga aan land kwamen, behoorlijk groot waren, waren ze niet hoog genoeg om de verrassend zware tsunami-golven aan de overzijde van de oceaan te verklaren.
Lees ook: Spectaculaire foto’s van actieve vulkanen in de wereld
‘We zagen in het hele Pacifische gebied over het algemeen een zeer geringe afname van de grootte van de tsunami-golven, wat echt heel vreemd is,’ aldus Kilgour. De zware schokgolf van de explosie die zich met de snelheid van het geluid door de lucht verplaatste, kan hebben bijgedragen aan de voortplanting van de tsunami-golven aan de oppervlakte. Een dergelijke hypothese werd eerder al voorgesteld na de explosieve uitbarsting van de vulkaan Krakatau in 1883, een van de zwaarste en meest verwoestende erupties in de menselijke geschiedenis.
De verrassend zware tsunami’s die na de uitbarsting van de Hunga Tonga-Hunga Ha’apai optraden, kunnen mogelijk verklaard worden als wetenschappers de verbreiding en timing van de golven in een computermodel simuleren en daarbij rekening houden met veranderingen in de fysieke structuur van de vulkaan zelf. In elk geval zal de verwarrende samenloop van omstandigheden rond de vulkaanuitbarsting er volgens Krippner toe leiden ‘dat de hele manier waarop we naar dit soort explosieve erupties kijken, zal veranderen – en zoiets gebeurt niet vaak.’
Verborgen reus
De recente eruptie en de bizarre verschijnselen die ermee gepaard gingen, benadrukken nog eens hoe weinig we over onderzeese vulkanen weten, zegt Jackie Caplan-Auerbach, seismoloog aan de Western Washington University. Veel van deze onderzeese reuzen liggen ver onder de zeespiegel, waardoor hun uitbarstingen doorgaans geen verwoestende gebeurtenissen zijn. Maar de enorme explosie in Tonga is een grimmige waarschuwing voor de vulkanische gevaren die onder de zeespiegel op de loer liggen.
Voorlopig lijkt de Hunga Tonga-Hunga Ha’apai weer tot rust te zijn gekomen. Bewoners van de eilanden helpen elkaar bij het herstellen van de schade en het schoonmaken van straten. Hoewel de verbindingen met de regio nog altijd grotendeels zijn verbroken, begint er nu langzaam meer informatie binnen te sijpelen. Tot nu toe zijn er drie dodelijke slachtoffers onder de Tongaanse bevolking te betreuren, terwijl er in Peru nog eens twee doden als gevolg van de tsunami’s zijn gevallen.
Op sommige eilandjes is de schade groot. Zo zijn de huizen van alle 36 bewoners van het eilandje Mango verwoest. Op Fonoifua staan nog maar twee huizen overeind en ook op het eilandje Nomuka, waar 239 mensen wonen, is veel schade aangericht. Op Tongataopu, het grootste en met 75.000 bewoners het volkrijkste eiland van het Koninkrijk Tonga, is vooral aan de westkust schade aangericht. Het Tongaanse Rode Kruis schat dat in totaal 1200 huishoudens door de uitbarsting zijn getroffen.
Door de asregen zijn drinkwaterreservoirs op de eilanden verontreinigd en kunnen vliegtuigen met hulpgoederen niet landen. De Nieuw-Zeelandse marine heeft inmiddels twee bevoorradingsschepen naar het gebied gestuurd.
Nog altijd bestaat het risico dat de vulkaan meer explosieve uitbarstingen zal voortbrengen. De geologische dienst van Tonga maakt gebruik van visuele waarnemingen en satellietbeelden om de activiteit van de vele vulkanen in de regio in de gaten te houden. Maar omdat de top van de Hunga Tonga-Hunga Ha’apai nu onder water ligt, kunnen wetenschappers aanwijzingen voor de activiteit van de vulkaan niet langer waarnemen. En omdat verdere uitbarstingen niet uitgesloten kunnen worden, kunnen ze de berg zelf voorlopig niet vanuit een vliegtuig observeren.
Zelfs als ze geen eruptie doormaken, is het zeer lastig om onderzoek te doen naar vulkanen die grotendeels onder de zeespiegel liggen. Verschuivingen van aardmassa’s aan de oppervlakte als gevolg van magma dat zich onderaards verplaatst, worden doorgaans met behulp van GPS-satellieten gemeten, maar met deze technologie kan niet onder water worden gekeken. En het registreren van gegevens in realtime, met behulp van seismometers op de zeebodem, is problematisch en duur. Caplan-Auerbach vergelijkt het onderzoek naar onderzeese vulkanen dan ook met seismologie op een andere planeet.
Met behulp van hydrofoons kunnen wetenschappers het gerommel van onderzeese vulkanen over grote afstanden registreren. Maar deze instrumenten zijn niet eenvoudig te plaatsen en vereisen voor waarnemingen in realtime een onderzeese kabelverbinding.
Volgens Krippner toont de situatie in Tonga eens te meer aan dat er meer internationale financiering voor het monitoren van de vulkanen in de wereld moet komen. Zij en andere vulkanologen hebben allemaal het werk geprezen dat de geologisch dienst van Tonga onder zeer moeilijke omstandigheden heeft verricht. ‘Ze hebben niet veel geld en ook niet veel personeel,’ zegt Kilgour. ‘En toch wordt er heel veel van ze gevraagd.’
In de dagen voorafgaand aan de uitbarsting van 15 januari waarschuwde de dienst louter op basis van visuele waarnemingen en satellietbeelden voor toekomstige uitbarstingen en een mogelijke tsunami; de plaatselijke bevolking werd aangeraden om het strand te mijden. ‘Met die aanbeveling zijn potentieel duizenden levens gered,’ zegt Barker.
‘We leren vaak veel van dit soort vreselijke gebeurtenissen,’ zegt Caplan-Auerbach. En als de nasleep van de vulkanische explosie nader onderzocht zal worden, ‘zullen we een beter beeld krijgen van toekomstige ontwikkelingen.’
Dit artikel werd oorspronkelijk gepubliceerd in het Engels op nationalgeographic.com
