Nguyên nhân vụ phun trào núi lửa ở quốc đảo Tonga?

Núi lửa ở quốc đảo Tonga thường không có nhiều điều để xem xét, chỉ đơn giản bao gồm hai hòn đảo nhỏ không có người ở là Hunga-Ha'apai và Hunga-Tonga, nhô cao khoảng 100 m so với mực nước biển, cách thủ đô Nuku'alofa 65 km về phía bắc. Thế nhưng ẩn mình bên dưới những con sóng tưởng như êm đềm lại chính là ngọn núi lửa khổng lồ với độ cao khoảng 1800 m và rộng 20 km.

Núi lửa Hunga Tonga-Hunga Ha'apai phun trào đều đặn trong suốt thập kỷ qua với một vài đợt vào năm 2009 và 2014-2015. Nhưng những vụ phun trào này đều có quy mô nhỏ hơn rất nhiều so với lần ‘thức giấc’ vào tháng 1/2022.

Nghiên cứu về những lần phun trào trước đó đã cho thấy đây là một trong những ‘lần thức giấc’ dữ dội nhất mà ngọn núi lửa này có khả năng tạo ra với tần suất khoảng nghìn năm một lần.

Tại sao các vụ phun trào núi lửa lại dữ dội đến thế?

Dòng dung nham bên trong ngọn núi lửa này chịu áp suất rất lớn, có rất nhiều khí tích tụ bên trong. Khi đó, chỉ cần một vết nứt cũng có thể làm giảm áp suất đột ngột, khiến luồng khí này mở rộng và gây ra một vụ nổ magma. Miệng núi lửa Tonga nằm ở độ sâu khoảng 200 mét dưới mực nước biển, đây là độ sâu đủ để gây ra một vụ nổ lớn.

Nếu magma (đá nhão nóng chảy trong lòng đất) bốc lên từ từ trong nước biển, ngay cả ở nhiệt độ khoảng 1200 ℃, một màng hơi nước mỏng sẽ hình thành giữa magma và nước. Điều này sẽ cung cấp một lớp cách nhiệt cho phép bề mặt bên ngoài của magma nguội đi.

Nhưng quá trình này sẽ không hoạt động khi magma được phun ra khỏi mặt đất đầy khí núi lửa. Khi magma phun thẳng vào nước một cách nhanh chóng, bất kỳ lớp hơi nước nào cũng nhanh chóng bị phá vỡ, đưa magma nóng tiếp xúc trực tiếp với nước lạnh.

Các nhà nghiên cứu núi lửa gọi đây là “sự tương tác giữa nhiên liệu-chất làm mát” và được xem giống như các vụ nổ vũ khí hóa học – những vụ nổ cực kỳ dữ dội xé nát magma. Quá trình này dẫn tới hàng loạt vụ nổ tiếp theo, cuối cùng tạo ra vụ nổ cực lớn với luồng sóng xung kích có khả năng lan rất xa.

Những lần ‘thức giấc’ của Hunga

Đợt phun trào năm 2014-2015 còn tạo ra một miệng núi lửa hình chóp kết nối đảo Hunga Tonga và Hunga Ha'apai thành một hòn đảo dài 5 km. Nhóm nghiên cứu của Shane Cronin, giáo sư ngành khoa học Trái Đất ở Đại học Auckland của New Zealand, đã đến đảo Hunga Tonga-Hunga Ha'apai sau đó một năm và phát hiện những vụ phun trào nhỏ trong lịch sử chỉ là màn khởi đầu cho một vụ nổ lớn.

Khảo sát đáy biển cho thấy một vùng trũng rộng 5 km nằm ở độ sâu 150 m dưới mực nước biển. Các vụ phun trào nhỏ xảy ra ở rìa vùng trũng này, trong khi những vụ nổ lớn bắt nguồn từ chính vùng trũng, chúng mạnh đến mức đỉnh chóp của các khối dung nham sập xuống và càng làm vùng trũng sâu hơn.

“Sau khoảng thời gian nghiên cứu những vụ phun trào trong quá khứ, chúng tôi nhận định những sự kiện quy mô nhỏ trước kia chính là dấu hiệu cho thấy hệ thống dung nham bên dưới đang tích năng lượng cho một vụ nổ khổng lồ”, Cronin nhấn mạnh.

Nhóm nghiên cứu đã tìm thấy bằng chứng về hai đợt phun trào khổng lồ trong quá khứ từ miệng núi lửa Hunga trên các hòn đảo cũ. Các nhà khoa học đã so sánh các chất này với các trầm tích tro núi lửa trên hòn đảo có người sinh sống lớn nhất là Tongatapu, cách đó khoảng 65 km, sau đó sử dụng niên đại của các bon phóng xạ và nhận thấy rằng, các vụ phun trào từ miệng núi lửa lớn đã xảy ra khoảng 1000 năm trước, với lần ‘thức giấc’ cuối cùng vào năm 1100 sau Công nguyên.

Với những nghiên cứu này, vụ phun trào ngày 15/1/2022 có vẻ khá đúng với lịch trình cho một vụ nổ lớn ‘nghìn năm có một’.

Điều gì đang chờ ở phía trước?

Quá trình phun trào lớn vẫn đang diễn ra và nhiều yếu tố chưa được làm rõ, bởi đảo Hunga Tonga-Hunga Ha'apai đang bị bụi núi lửa che khuất.

Hai lần phun trào trước đó vào ngày 20/12/2021 và ngày 13/1/2022 chỉ có quy mô vừa, tạo ra những đám mây bụi có độ cao lên tới 17 km và tăng diện tích cho đảo Hunga Tonga-Hunga Ha'apai. Trong khi đó, vụ phun trào ngày 15/1 có quy mô lớn hơn hẳn khi đám mây bụi cao tới 20 km, tạo thành hình gần tròn có đường kính 260 km trước khi bị gió làm biến dạng.

Điều này chứng tỏ một sức mạnh bùng nổ khổng lồ - một sức mạnh không thể giải thích chỉ bằng tương tác giữa magma và nước. Thay vào đó, nó cho thấy rằng một lượng lớn magma tươi, tích điện đã phun ra từ miệng núi lửa.

Vụ nổ dữ dội của Hunga Tonga-Hunga Ha'apai hôm 15/1 đã tạo ra những đợt sóng thần nhấn chìm Tonga cùng các quốc đảo lân cận như Fiji và Samoa. Bên cạnh đó, sóng xung kích cũng quét qua qua hàng nghìn km, có thể nhìn thấy từ không gian và đã được ghi lại ở New Zealand cách đó khoảng 2000 km. Ngay sau khi vụ phun trào bắt đầu, bầu trời ở Tongatapu đã bị bao phủ và tro bụi bắt đầu rơi xuống.

Tất cả những dấu hiệu này đều cho thấy miệng núi lửa lớn ở Hunga đã thức giấc. Sóng thần được tạo ra bởi áp suất và chấn động dưới lòng biển, nhưng cũng có thể liên quan tới lở đất và sập vùng trũng dưới biển.

Hiện vẫn chưa rõ đây có phải là cao trào của lần ‘thức giấc’ này hay không, nhưng nó đã giúp xả áp suất dung nham trong lòng núi lửa và có thể giảm nguy cơ dẫn đến những vụ nổ lớn hơn.

“Dù vậy, những đợt phun trào trong quá khứ đã cho thấy các vụ nổ ‘nghìn năm có một’ thường đi kèm hàng loạt vụ nổ nhỏ hơn. Chúng ta có thể chứng kiến hoạt động lớn tại núi lửa Hunga Tonga-Hunga Ha'apai trong vài tuần đến vài năm nữa”, giáo sư Cronin nhận định.