Németh Károly, az ELKH Földfizikai és Űrtudományi Kutatóintézet (FI) és az új-zélandi Massey Egyetem (Palmerston North) vulkanológiaprofesszora Új-Zélandról követte figyelemmel az onnan mindössze 2400 kilométerre fekvő Tonga-szigeteki Hunga TongaHunga Ha‘apai-vulkán kitörését és az azt követő eseményeket. A Csendes-óceán vulkánvilágában járatos szakember, aki munkásságának nagy részét éppen az ilyen típusú vulkánkitörések nyomainak felkutatására szentelte, a régióban eltöltött két évtized alatt szerzett tapasztalatai alapján foglalta össze a mostani természeti katasztrófával kapcsolatos véleményét, szakmai észrevételeit. Németh Károly szerint a január 15-ei kitörés alkalmával – néhány szakértő és laikus feltételezésével ellentétben – a magma a felszínhez sokkal közelebb, a 2014–2015-ben történt vulkánaktivitás nyomán született tufakúp kürtőjéhez közel kerülhetett kölcsönhatásba a vízzel, amit az eddigi űrfelvételek is alátámasztanak. Ez többek között azt az állítást is megkérdőjelezi, miszerint a mostani esemény mélyen a víz alatt történt.

2022. január 15-én olyan vulkáni eseménynek lehettünk szemtanúi, amelyhez hasonlót csak 50–100 évente élhetünk meg. Mi több, nemcsak magának a vulkánkitörésnek a tényével volt alkalmunk szembesülni, de azt a modern technológia jóvoltából megfigyelő műholdakról „élőben” követhettük, és az információ a keletkezett lökéshullámokhoz hasonlóan szinte pillanatok alatt jutott el a világ minden internetre kötött pontjára, így Magyarországra is. Számos közösségi oldal szinte valós időben követte nyomon az eseményeket, óriási érdeklődést keltve itthon is. A kitörés utáni pár nap alatt hatalmas információtömeg halmozódott fel, amelynek magyarázatára szakemberek és laikusok szinte azonnal ötletekkel álltak elő, a társadalom pedig hiteles információkat, megoldásokat vár.

A kitörés helyszíne, Hunga Tonga és Hunga Ha‘apai Tonga fő szigetétől, Tongataputól – ahol a szigetcsoport fővárosa, Nuku’alofa is található – körülbelül hatvan kilométerre fekszik. Mivel a Tongai Királyságban a földtani megfigyelésekért felelős állami intézmény (Tongai Geológiai Szolgálat) külső adományokból működik, kevés erőforrás jut lakatlan, megműveletlen szigetek vizsgálatára, így a mostani kitörés helyszínén 2015 előtt nem került sor igazi geológiai expedícióra.

Tonga geotektonikai helyzeténél fogva egy tipikus óceáni vulkáni szigetív, ahol az egyik óceáni lemez a másik alá bukik, és az alábukással párhuzamosan mészalkáli vulkanizmust produkáló tűzhányók sorából áll. A Csendes-óceáni-lemez nyugat felé bukik az indo-ausztrál óceáni lemez keleti peremének igen komplex szerkezetű részei alá, ahol kontinentális és óceáni kéregdarabok, kinyíló kisebb óceáni medencék és az ezek nyomában kialakuló hátságok és árkok a jellemző geotektonikai elemek. Az óceánaljzatot a Tonga-szigetvilág legdélebbi részétől észak felé, Szamoáig tartó vonalán alapvetően egy egyre kiszélesedő vulkáni ív alkotja, ív mögötti medencéivel, rengeteg vulkánt és az azok lepusztulásából keletkező vulkanoklasztit üledéket felhalmozva. Az aktív vulkáni ív több tucat vulkánt tartalmaz, és csak merész becslések vannak arra nézve, hogy mennyi is van ezek közül a víz alatt. Bár a szakemberek számos geofizikai mérést végeztek a litoszféra szerkezetére irányulóan – főleg a lemezalábukási (szubdukciós) folyamatok értelmezésére –, kevés részletes, megfelelő felbontású tengeraljzattérkép áll rendelkezésre a víz alatti vulkánok azonosítására. A Tonga vulkáni ív dél felé, nagyjából a Louisville-hátságtól délre egy kisebb ugrást követően a Kermadec-hátságba vált, ahol különösen az elmúlt tíz év tengeraljzat-vizsgálatai rengeteg új vulkáni szerkezetet azonosítottak, vagy pontosították azok geomorfológiai képét. Csak a Kermadec-ív déli részén, Új-Zéland közelében 23 víz alatti vulkánt sikerült eddig azonosítani. A számuk azonban ennek a sokszorosa lehet az egész Tonga–Kermadec-ívre vetítve.

A fenti információk tükrében felmerül, vajon miért érte váratlanul a január 15-ei kitörés a kutatókat és az átlagembert. Németh Károly szerint ennek az egyik szakmai magyarázata az lehet, hogy a déli Kermadec-ívet leszámítva talán kevesebb mint tíz komoly vulkanológiai jellegű tudományos publikáció jelent meg eddig erről az aktív területről, ezek fele is csak a Hunga Tonga–Hunga Ha‘apai-vulkán 2014-es kitörését követően. A Tofua-vulkán mafikus ignimbritjeinek és az azokat létrehozó vulkánkitörések lehetséges klímabefolyásoló hatására fokuszáló, Shane Cronin munkásságához fűződő kutatás része annak az 1990-es években indult kutatássorozatnak, amelynek keretében a szakemberek egy titokzatos, 1456-os kitörés helyét próbálták megkeresni, melyet a Kuwae-eseménnyel hoznak kapcsolatba. Németh Károly többéves kutatómunka során térképezte fel a mai Vanuatu-szigetvilágban, az Epi- és a Tongoa-sziget között található Kuwae-kaldera környékén – ahova e misztikus esemény forrását helyezik – az ottani kitörés vulkáni üledékeit. A kutató szerint ezeket egyértelműen egy intenzív, a Hunga Tonga–Hunga Ha‘apai mostani kitörésével tökéletes analógiába hozható robbanásos kitörés eredményezhette, bár nem valószínű, hogy ez globális lehűlést okozhatott volna, ezért is került később Tofua az érdeklődés középpontjába.

Ezek az információk kitűnően érzékeltetik, hogy a régióra vonatkozó vulkanológiai ismeretek igen hiányosak, a legtöbb geológiai kutatás geodinamikai modellekre vagy puszta geokémiai vizsgálatokra szorítkozott, szinte teljesen megfeledkezve a vulkanológiai kép megértéséről. Ilyen tudományos előzmények után nem csoda, hogy a mostani vulkánkitörés világszerte szinte sokkolta mind a szakembereket, mind a társadalmat. Pedig a jelek Németh Károly szerint ott voltak. Shane Cronin a Hunga Tonga–Hunga Ha‘apai 2014-es kitörését követő kutatása során nemcsak a friss kitörési termékekre koncentrált, hanem az új tufagyűrű, tufakúp mintázása mellett felderítő jellegű térképezést is végzett a két idősebb szigeten, melyek között az új vulkáni felépítmény egy elzárt krátertóval felépült. A legnagyobb meglepetésre a szelvények alapján több nagyon hasonló, de időben jól elkülöníthető tefra (nem konszolidált, laza vulkáni törmelék) egység volt azonosítható. A kürtőhöz túl közeli képződmények sajnos nem a legalkalmasabbak egy kitörési esemény pontos időrendjének megállapítására, a kürtőközeli szelvények viszont kitűnőek annak dokumentálására, hogy milyen volt a magma fragmentációja. Ezek alapján a magma-víz robbanásos kölcsönhatása, a hidromagmatizmus hatása meglepő módon szinte végig követhető volt. Cronin professzor csapata ezek után Tongatapu szigetén is kutatott, ahol egy olyan tefraréteget talált, amely körülbelül ezer évvel ezelőtt rakódhatott le, és az előzetes vizsgálatok alapján nagy valószínűséggel a Hunga Tonga–Hunga Ha‘apai egy korábbi kitöréséből származhat. Mindez azt jelenti, hogy Tonga fő szigete, Tongatapu a múltban többször is áteshetett a mostanihoz hasonló vulkánkitörés okozta pusztításon. Összességében elmondható, hogy a mostani kitörés tökéletesen beleillik abba az egyelőre igen kevés konkrét adatra épülő képbe, hogy a vulkáni ív ezen szakaszán is lehettek jelentős kitörések a múltban, és azok pont olyanok lehettek, mint amilyet most láttunk, vagy amilyenre a földtani adatokból következtethetünk itt vagy a Csendes-óceán más térségében.

A 2022. január 15-ei hatalmas robbanást megelőzően a 2014-ben született új vulkán több hasonló, többnyire hidromagmatikus robbanásos kitörést produkált. A forró magma és a közvetlen felszín alatti vizek – például a laza hamu- és lapilli-felépítményen átszivárgó víz – kölcsönhatása során valószínűleg többnyire freatomagmás kitörések történtek. Ez a hidrovulkáni kitörések azon formája, ahol a magma és a felszín alatti víz kölcsönhatása a robbanás energiáját biztosító folyamat. A hirtelen felforrósított víz egy túlfűtött vízgőz filmréteggel boríthatta be a kitörést tápláló olvadékot, amely a vízzel és a nedves tefrával fokozatosan keveredve egyre nagyobb kontaktfelületet hozott létre. Amint ez a felület egy külső sokkhatásra – például valami beomlott a kürtőbe, vagy éppen volt egy kisebb földrengés – összeomlott, a gőz hirtelen kitágulása megállíthatatlan láncreakciót indított el, letépve a magma darabkáit, egyre mélyebbre hatolva a magmatestbe. Ezután a hirtelen tágulás hatására a szemcsék a kürtőből hatalmas robbanással, hamufelhőt alkotva távoztak. Azokon a helyeken, ahol jelentősebb felhajtóerő hatott, sárszerű kilövéseket létrehozva kakastaréjszerű, sötét kitörési felhő alakult ki, míg a kondenzálódó gőz fehér, felfelé gomolygó kitörési oszlopot hozott létre, melyek néhány kilométeres, esetleg tíz kilométeres magasságba repíthették az anyagot.

Január 15-én azonban egy rendkívül nagy erejű robbanás történt, amely több mint húsz kilométer magasra juttatta a hamut, és pillanatok alatt egy több mint 200 kilométer széles kitörési felhőt hozott létre. A robbanás során egy a felszínnel párhuzamosan mozgó alapi torlóár is megfigyelhető volt, amely egy hangrobbanást is létrehozva hirtelen kondenzációt okozott, egy pillanatra fehérre változtatva a kitörési felhőt, majd a felhő viszonylag gyorsan szerteoszlott a légkörben, csak az igen finom hamu lebegő szemcséit megtartva. A robbanást műholdról is sikerült felvenni. A hanghatás a mintegy 2400 kilométerre található Új-Zélandon, de még a 9600 kilométerre lévő Alaszkán is hallható volt, és most már tudjuk, hogy az atmoszferikus lökéshullám megkerülte a Földet, és Magyarországon is érezhető volt.

A mostani kitörést a szakemberek a Pinatubo 1991-es kitöréséhez hasonlítják nagyságrendben, bár az előzetes adatok alapján az látszik valószínűnek, hogy ez körülbelül egy magnitúdóval kisebb lehetett. Az úgynevezett VEI vagy vulkáni robbanásossági index megadása itt azért nem olyan egyszerű, mert a tefra nagy része az óceánba hullott, így nehéz megállapítani annak elterjedését és lehetséges vastagságát. Az első helyszíni jelentések arról számoltak be, hogy ugyan a közeli szigeteket teljesen befedte a hamu, az csak egy vékony filmszerű réteget alkot. Az azonban biztos, hogy az egyik legnagyobb kitöréssel állunk szemben az elmúlt harminc évben.

Mivel a Pinatubóval hozták kapcsolatba ezt a kitörést, rögtön felvetődött, hogy valószínűleg globális lehűlést hozhat. Egyelőre úgy tűnik, hogy ennek nagyon kicsi az esélye, mivel lényegesen kevesebb kén-dioxid (SO2) szabadult fel, mint a Pinatubo esetében, és maga a vulkán a déli 30. szélességi kör magasságában található, ahonnan lényegesen nagyobb magasságba és hosszabb ideig kell a nagy mennyiségű üvegházhatású gázokat a légkör magas rétegeibe „pumpálni” egy hasonló folyamat előidézéséhez. Összehasonlításképpen, a globális lehűlés elérésére a Vanuatun található Kuwae-vulkán esetében is csekély lehetett az esély, ahol indirekt számítások szerint elegendő mennyiségű SO2 kerülhetett az atmoszférába. A tefraeloszlás alapján a kitörési oszlop is lényegesen magasabb lehetett, és a Kuwae sokkal közelebb van az egyenlítőhöz.

A kitörést követően keletkezett cunami a hatvanöt kilométerre lévő Tongatapu szigetét körülbelül húsz perc alatt érte el, és 30–120 cm magas hullámot keltett, amely az átlagosan alig tíz-húsz méteres tengerszint feletti magasságú szigeten „átmosta” a partvidéket, komoly károkat okozva. Ez a cunamihullám azonban átment a Csendes-óceán medencéjén, csaknem két méter magas hullámokat is keltve. A cunamit sokan szinte azonnal a kitörést követő víz alatti kaldera-összeomlással hozták kapcsolatba, ezt azonban egyelőre semmilyen adat nem bizonyítja. Ráadásul a hirtelen nyomásváltozás (a lökéshullám), amely a normál hullámtevékenységet felerősíthette, pont ilyen nagyságrendű és lefolyású cunamihullámokat okozhat. Az eddigi adatok alapján sokkal inkább a cunamik egyik speciális, rissagának nevezett fajtájával állhatunk szemben, ahol az atmoszferikus lökéshullám „löki” szét a vizet. Ilyen rissaga-eseményt a Krakatau 1883. augusztusi kitörése során is megfigyeltek. A rissaga akkor körülbelül harminc órával a robbanást követően elérte a nagyjából 7800 kilométerre lévő Új-Zélandot is, ahol 1,2 méteres hullámot is regisztráltak. A tongai kitörés cunamihulláma viszont a körülbelül 2400 kilométerre lévő Új-Zélandra már csak alig ötven centiméter magasságú hullámot produkálva jutott el. Fontos megjegyezni, hogy a kitörés idején egy trópusi ciklon volt a térségben, amely jelentős árapályhullám-növekedést okozva vonult végig a térségen délkelet felé.

Arra a kérdésre, hogy miért volt ez a kitörés ilyen energetikus, a válasz a magma és a víz robbanásos kölcsönhatásában keresendő. Ez a kölcsönhatás nem egy lineáris összefüggés, azaz a magma-víz arányt tekintve van egy olyan ideális vagy kritikus tartomány, amelynek esetén maximális energialeadás, azaz maximális energiájú robbanás következik be. Ez rengeteg tényezőtől függ mind a magma fiziko-kémiai viszonyait illetően, mind a környezet paramétereit tekintve. A túl kevés vagy túl sok víz vagy vizes üledék, illetve a túl sok vagy túl kevés magma egyaránt rontja a robbanás hatásfokát, illetve az sem lényegtelen, hogy egy forróbb és gázdúsabb friss, vagy egy éppen lehűlő és kigázosodott magma lép kölcsönhatásba. Előzetesen azt gondolták, hogy a 150–200 méteres vízmélység egyfajta ideális paraméter ehhez a típusú magmához, annak mennyiségéhez és feláramlási sebességéhez. Ez a vízmélység azonban túl nagynak tűnik, és eddigi ismereteink alapján ilyen körülmények között kérdéses, hogy működik-e a hidromagmatikus folyamat. Ilyen vízmélység esetén sokkal valószínűbb, hogy a Surtseynél (Izland, 1963) megfigyelt kitörésmechanizmus játszódik le.

Ugyanakkor az is kérdéses, hogy a magma hol tört a felszínre. Az eddigi űrfelvételek alapján úgy tűnik, hogy az a 2014-ben született új tufakúp kürtőjéhez közel, azaz a felszínhez sokkal közelebbi helyen juthatott a vízzel kölcsönhatásba, ami ideális kürtőkondíció valódi, igen energetikus hidromagmatikus folyamatok lejátszódásához. Ez a kutató szerint többek között azt a közösségi médiában gyorsan elterjedt állítást is megkérdőjelezi, amely szerint a mostani esemény víz alatti kitörésnek tekinthető. Németh Károly úgy gondolja, hogy maga a robbanás a 2014–15-ös vulkán kürtőjének felszín alatti, sekély mélységű zónájában történhetett, amely laza, vízzel átitatott, jó vízvezető képességű hamupiroklasztitokból áll, ahol a víz viszonylag gyorsan utat találhatott a benyomuló magmához. A mostani kitörés vizsgálata várhatóan jelentősen hozzá fog járulni annak megértéséhez, hogyan működik egy Surtsey-típusú vagy olvadék-víz-hűtés kölcsönhatás vezette, tipikusan freatomagmás robbanásos kitörés.

Mivel Tonga az emberiség egyik legrégebbi királysága, legalább négyezer évre visszavezethető a szigetcsoport benépesülése, ezért igen valószínű, hogy a mostanihoz hasonló események beépültek a kulturális viselkedésformákba, talán a legendákba is. Rengeteg geokulturális információ van a helyi közösségek tradíciói között. Németh Károly szerint ezért érdemes lenne ezeket kicsit jobban megvizsgálni, és jobban elmélyedni a tongai kultúrában, mint ahogy csapatával ő is tette azt Szamoán és Vanuatun az elmúlt évtizedekben, ahol érdekes eredményeket találtak. A helyi közösségekkel együtt gondolkodva, tőlük tanulva talán sikeresebben adható át az egyébként nem egyszerű tudományos érvelés a mostanihoz hasonló vulkáni katasztrófát kiváltó folyamatokról. Egy ilyen kettős természeti katasztrófa megértése vezethet el oda, hogy az ott élő közösségek kevésbé legyenek sebezhetőek, ha egy újabb hasonló esemény történik.