В конце декабря 2014 года произошло извержение подводного вулкана в Южно-Тихоокеанском Королевстве Тонга, выбросив в воздух сильный поток пара, пепла и камней. Шлейфы пепла поднялись в небо на высоту 30 000 футов (9 километров), отвлекая полеты. Когда в январе 2015 года пепел наконец осеял, между двумя старыми островами расположился новорожденный остров с вершиной высотой 400 футов (120 метров), видимый спутникам в космосе.
Недавно образованный тонганский остров, неофициально известный как Хунга Тонга-Хунга Хаапай в честь своих соседей, первоначально планировалось просуществовать несколько месяцев. Согласно новому исследованию НАСА, срок его службы составляет от 6 до 30 лет.
Hunga Tonga-Hunga Ha'apai - первый остров такого типа, извергающийся и сохраняющийся в современную спутниковую эпоху. Он дает ученым беспрецедентный взгляд из космоса на его раннюю жизнь и эволюцию. Новое исследование дает представление о его долговечности и эрозии, которая формирует новые острова. Понимание этих процессов может также дать представление об аналогичных особенностях в других частях Солнечной системы, включая Марс..
«Вулканические острова - одни из самых простых форм рельефа», - сказал первый автор Джим Гарвин, главный научный сотрудник Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд. «Наш интерес состоит в том, чтобы рассчитать, насколько трехмерный ландшафт меняется с течением времени, особенно его объем, который измерялся всего несколько раз на других подобных островах. Это первый шаг к пониманию скорости и процессов эрозии и расшифровке того, почему он сохраняется дольше. чем ожидало большинство людей."
Тонганский остров является третьим «суртсейским» вулканическим островом за последние 150 лет, который возник и существует более нескольких месяцев. Суртсей - это остров, который начал формироваться во время подобного взрывного морского извержения у побережья Исландии в 1963 году.
С самого начала острова Тонга за ним следили ежемесячные спутниковые наблюдения с высоким разрешением, как с помощью оптических датчиков, так и с помощью радара, который видит сквозь облака. Предупрежденные об извержении вулкана программой быстрого реагирования НАСА для инструментов спектрорадиометра визуализации среднего разрешения (MODIS), Гарвин и его коллеги направили спутники для наблюдения за островом, как только извержение закончилось. Используя эти изображения, исследовательская группа сделала трехмерные карты топографии острова и изучила его изменяющиеся береговые линии и объем над уровнем моря.
Команда рассчитала два возможных сценария, влияющих на его срок службы. Первый - это случай ускоренной эрозии из-за волновой абразии, которая дестабилизирует туфовый конус через шесть-семь лет, оставив только сухопутный мост между двумя соседними более старыми островами. Второй сценарий предполагает более медленную скорость эрозии, что оставляет туфовый конус нетронутым примерно на 25-30 лет.
Различные сценарии обусловлены неопределенностью в оценке начального объема островного туфового конуса сразу после извержения и до того, как через три месяца были получены первые стерео спутниковые изображения. Они также отражают разную скорость эрозии, наблюдаемую в первые шесть месяцев (ускоренная) по сравнению с более поздней (более умеренной). Их анализ был представлен на осенней встрече Американского геофизического союза в Новом Орлеане 11 декабря.
Самые кардинальные изменения на острове произошли в первые шесть месяцев его существования. Первоначально новый остров был относительно овальной формы и примыкал к соседнему острову с запада. Однако к апрелю анализ спутниковых снимков показал, что его форма резко изменилась.
«Эти скалы из вулканического пепла довольно нестабильны», - сказал специалист по дистанционному зондированию и соавтор Годдарда НАСА Дэн Слейбэк об отступающих скалах на южной стороне острова. По его словам, волны затем перераспределили разрушенные отложения, чтобы сформировать сухопутный мост к существующему острову на востоке.
В мае юго-восточный край внутренней стены кратера был смыт Тихим океаном, открыв кратерное озеро океану. В этот момент и Гарвин, и Слейбек подумали, что это может быть конец острова. Но к июню спутниковые снимки показали, что образовалась песчаная отмель, закрывающая кратер. Хотя остров продолжал развиваться, к концу 2016 года он стал более стабильным.
Новый остров расположен на северном краю кальдеры на вершине подводного вулкана, который возвышается почти на 4 600 футов (1 400 метров) над окружающим морским дном, согласно морским батиметрическим измерениям, сделанным геолог и соавтор Вики Феррини из Земной обсерватории Ламонта-Доэрти в Колумбийском университете в Палисейдс, Нью-Йорк.
Под водой основание нового вулканического купола, сформировавшего остров, простирается примерно на 0,6 мили (1 километр) от береговой линии до дна большей кальдеры, ширина которой составляет около трех миль (пяти километров). По словам Феррини, в самой мелководной части района исследования, ближайшей к южной стороне острова, морское дно переходит в почти плоский шельф, что, вероятно, важно для объяснения картины перераспределения эрозионного материала.
Свидетельства прошлых извержений других, меньших куполов, также очевидны по краю кальдеры, хотя лишь немногие выходят на поверхность.
«В результате этого извержения появилось огромное количество материала, возможно, больше, чем в Суртси», - сказал Феррини. «Другая интересная вещь заключается в том, что два острова, которые окружают этот новый массив суши, имеют довольно прочный субстрат, поэтому происходит что-то, что помогает ему затвердевать и оставаться на месте химически».
54-летний остров Суртсей недалеко от Исландии пережил свои первые несколько месяцев, потому что нагретая морская вода взаимодействовала с пеплом после извержения, химически превращая хрупкую и легко разрушаемую породу в более прочный материал. Гарвин и Феррини считают, что нечто подобное могло произойти и с этим новым островом. Их следующий шаг - детальный химический анализ образцов горных пород.
Остров Тонга может также помочь исследователям понять сходные вулканические особенности на Марсе.
«Все, что мы узнаем о том, что видим на Марсе, основано на опыте интерпретации земных явлений», - сказал Гарвин. «Мы думаем, что извержения на Марсе происходили в то время, когда на поверхности существовали участки с постоянной поверхностной водой. Возможно, мы сможем использовать этот новый остров Тонга и его эволюцию как способ проверить, представляют ли какие-либо из них океаническую среду или среду эфемерного озера.."
Влажная среда, подобная этой, в сочетании с теплом от вулканических процессов, добавил он, может быть идеальным местом для поиска свидетельств прошлой жизни.