Tại sao núi lửa Tonga tạo ra lượng sét kỷ lục?

Chỉ vài tuần trước, một ngọn núi lửa dưới biển có thể nhận biết thông qua hai quần đảo không người ở thuộc Vương quốc Tonga bắt đầu phun trào. Ban đầu, vụ phun trào dường như vô hại với những cột tro và chấn động nhỏ mà rất ít người sống ngoài quần đảo có thể nhận thấy. Nhưng trong vòng 24 giờ, núi lửa có tên Hunga Tonga-Hunga Ha'apai thu hút sự chú ý của cả thế giới.

Sau khoảng thời gian tĩnh lặng vào đầu tháng 1/2021, hoạt động phun trào trở nên ngày càng dữ dội. Phần giữa hòn đảo biến mất trong ảnh vệ tinh. Những cột tro cao sừng sững thu hút lượng sét kỷ lục. Theo Chris Vagasky, nhà khí tượng học và quản lý ứng dụng sét ở công ty đo lường thời tiết Vaisala ở Phần Lan, 5.000 - 6.000 tia sét giáng xuống núi lửa mỗi phút.

Vào sáng sớm ngày 15/1, núi lửa trải qua một vụ nổ cực mạnh. Sóng xung kích lan ra từ hòn đảo ở vận tốc âm thanh. Người dân ở một số nơi tại New Zealand cách đó hơn 2.090 km có thể nghe thấy tiếng nổ siêu thanh. Sóng xung kích di chuyển nửa vòng Trái Đất, truyền tới tận nước Anh ở khoảng cách 16.093 km.

Sóng thần nhanh chóng ập đến khiến người dân kinh hoàng. Sóng thần tràn qua Tongatapu, hòn đảo chính của vương quốc, nơi có thủ đô Nuku'alofa, cách núi lửa chỉ vài chục kilomet về phía nam. Đường phố ngập lụt và người dân vội vã sơ tán, kéo theo mạng lưới liên lạc bị gián đoạn. Những cột sóng lướt ngang mặt biển phía tây bắc Thái Bình Dương, tạo ra sóng trào ở Alaska, Oregon, Washington và British Columbia. Các trạm ở California, Mexico, và một số nơi tại Nam Mỹ cũng ghi nhận những cơn sóng thần nhỏ.

Nghiên cứu gần đây về lịch sử địa chất của núi lửa cho thấy vụ phun trào mạnh bất thình lình như thế này tương đối hiếm gặp. Cứ vài nghìn năm mới có một vụ phun trào với cường độ tương tự. Đối với Tonga, đây là thảm họa có sức tàn phá to lớn, theo Janine Krippner, nhà núi lửa học làm việc trong Chương trình núi lửa toàn cầu của Viện Smithsonian. Các nhà khoa học đang nóng lòng tìm hiểu nguyên nhân gây ra vụ phun trào và diễn biến tiếp theo. Nhưng thông tin xuất hiện rất chậm một phần do ngọn núi lửa ở xa và khó qian sát cận cảnh. Giới nghiên cứu đang tìm hiểu về yếu tố kiến tạo và địa chất liên quan tới vụ phun trào, từ đó dự đoán tương lai của ngọn núi lửa.

Hunga Tonga-Hunga Ha'apai nằm ở khu vực Nam Thái Bình Dương, nơi tập trung rất nhiều núi lửa. Một số núi lửa nhô lên mặt nước trong khi vài núi lửa chìm sâu dưới nước. Những sự kiện phun trào trong quá khứ tạo ra bè đá bọt rộng bằng cả thành phố. Nhiều núi lửa phát nổ tạo ra những quần đảo mới gần như ngay sau đó. Vành đai núi lửa này tồn tại do mảng kiến tạo Thái Bình Dương liên tục đâm sâu xuống phía dưới mảng kiến tạo Australia. Khi mảng kiến tạo chìm sâu xuống tầng đá siêu nóng của lớp phủ, nước bên trong bị nung nóng và trào lên lớp phủ bên trên. Việc ngấm nước khiến tầng đá nóng càng dễ chảy hơn. Quá trình tạo ra rất nhiều magma nhớp dính và chứa đầy khí, điều kiện hoàn hảo dẫn tới những vụ phun trào bùng nổ.

Núi lửa Hunga Tonga-Hunga Ha'apai không phải là ngoại lệ. Dải đất phía trên núi lửa rộng hơn 19 km có một hõm sâu hình cái vạc rộng khoảng 4,8 km bị nước biển che khuất. Miệng núi lửa này từng phun trào dữ dội vào năm 1912, đôi khi nhô lên phía trên những cơn sóng trước khi tiếp tục chìm dưới nước do xói mòn. Vụ phun trào năm 2014 - 2015 tạo ra một hòn đảo tồn tại lâu dài, ngôi nhà của nhiều loài thực vật rực rỡ và cú lợn lưng xám.

Khi Hunga Tonga-Hunga Ha'apai bắt đầu phun trào lần nữa vào ngày 19/12/2021, ngọn núi lửa gây ra hàng loạt vụ nổ và cột tro cao 16 km, nhưng điều đó không khác thường đối với núi lửa ngầm, theo Sam Mitchell, nhà núi lửa học ở Đại học Bristol, Ạnh. Trong vài tuần tiếp theo, dung nham mới phun trào đủ để hòn đảo mở rộng gần 50%. Vào dịp năm mới, núi lửa Hunga Tonga-Hunga Ha'apai trở nên tĩnh lặng. Sau đó, chỉ trong hai ngày, tình huống xoay chuyển đột ngột. Những vụ nổ của núi lửa bắt đầu dữ dội dần, sét xuất hiện từ cột tro nhiều hơn bất kỳ vụ phun trào nào trong lịch sử.

Núi lửa có thể sinh ra sét do hạt tro trong cột khói va chạm vào nhau hoặc vào băng trong khí quyển, tạo ra điện tích và sinh ra tia sét. Từ khi bắt đầu, sét từ vụ phun trào ở Tonga đã được phát hiện bởi mạng lưới GLD360 của Vaisala. Hệ thống này sử dụng các đầu thu tín hiệu trên toàn cầu, có thể "nghe" sét dưới dạng những chớp sóng vô tuyến cực mạnh. Trong hai tuần đầu tiên, hệ thống ghi nhận khoảng vài trăm tới vài nghìn tia sét mỗi ngày. Điều đó không có gì khác thường.

Nhưng từ tối ngày 14/1 đến sáng sớm ngày 15/1, núi lửa sản sinh hàng chục nghìn tia sét. Có thời điểm, ngọn núi lửa ở Tonga tạo ra 200.000 tia sét chỉ trong một giờ. So với Hunga Tonga-Hunga Ha'apai, vụ phun trào năm 2018 của núi lửa Anak Krakatau ở Indonesia sinh ra 340.000 tia sét trong một tuần.

Cảnh tượng có thể kỳ thú khi nhìn từ xa, nhưng ở khoảng cách, khung cảnh trông như tận thế với những tia sét liên tục giáng xuống, đệm bởi tràng sấm rền vang bất tận và núi lửa sục sôi. Nhiều tia sét đánh thẳng xuống đất và mặt biển. Tại sao vụ phun trào tạo ra lượng sét kỷ lục như vậy?

Sự tồn tại của nước luôn làm tăng nguy cơ xuất hiện sét, theo Kathleen McKee, nhà nghiên cứu âm thanh núi lửa ở Phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos tại New Mexico. Khi magma trộn lẫn với nước, nước bị đun nóng và bốc hơi mãnh liệt, thổi văng magma thành hàng triệu mảnh nhỏ. Các hạt càng nhiều và càng mịn, số lượng tia sét càng lớn.

Nhiệt lượng của vụ phun trào cũng khiến hơi nước bốc lên vùng khí quyển ở cao hơn và lạnh hơn. Tại đó, hơi nước chuyển thành băng, theo Corrado Cimarelli, nhà núi lửa học thực nghiệm ở Đại học Ludwig Maximilian tại Munich. Quá trình đó cung cấp thêm nhiều hạt cho cột tro bụi để va chạm và sản sinh điện. Nhưng các nhà nghiên cứu chưa thể kết luận chính xác nguyên nhân vụ phun trào ở Tonga phát sinh lượng sét kỷ lục ở hiện tại do núi lửa nằm ở vị trí xa xôi, Cimarelli cho biết.

Lượng sét lớn không phải là "khúc dạo đầu" duy nhất trước thảm họa núi lửa. Vào sáng ngày 15/1, hình ảnh vệ tinh hé lộ hòn đảo không còn phát triển nữa. Phần giữa đảo núi lửa biến mất. Khi vụ nổ khổng lồ xảy ra, sóng xung kích truyền qua địa cầu ở tốc độ chóng mặt, theo sau là sóng thần tràn qua một số hòn đảo thuộc quần đảo Tonga trước khi di chuyển qua mặt biển Thái Bình Dương.

Jackie Caplan-Auerbach, nhà địa chấn và núi lửa học ở Đại học Tây Washington tại Bellingham, cho biết vụ nổ xảy ra với năng lượng lớn tới mức khó tin. Nhưng hiện nay chưa có đủ dữ liệu để kết luận chắc chắn về nguyên nhân gây ra sóng thần. Sóng thần xuất hiện khi lượng lớn nước bị dịch chuyển, do vụ nổ dưới nước, nhiều đất đá đột ngột lở ra từ núi lửa và rơi xuống biển, hoặc kết hợp cả hai cùng nhiều yếu tố khác.

Với cột tro che khuất núi lửa và phần lớn núi lửa chìm dưới nước, các nhà khoa học vẫn cần thêm thời gian để thu thập dữ liệu gián tiếp trước khi rút ra kết luận. Manh mối có thể đến từ nhiều loại sóng âm mà vụ nổ phát ra hoặc sự tái phân bố khối lượng xung quanh núi lửa.

Vụ nổ cực đại và sóng thần mạnh đến từ quần đảo núi lửa tương đối nhỏ hé lộ sức mạnh khó tin của vụ phun trào. Dù không phải nguyên nhân của trận sóng thần, sóng xung kích làm dấy lên một đợt sóng lớn khác. Không khí di chuyển nhanh tác động tới mặt biển mạnh đến mức đủ để đẩy nước dạt ra trong hiện tượng gọi là sóng thần khí.

Shane Cronin, nhà núi lửa học ở Đại học Auckland tại New Zealand, chia sẻ có thể tìm thấy manh mối về nguyên nhân dẫn tới vực phun trào dữ dội có thể nằm trong thành phần hóa chất của núi lửa, thay đổi khi magma bên trong tiến hóa theo thời gian. Giống như nhiều núi lửa khác, Hunga Tonga-Hunga Ha'apai phải tái lấp đầy hồ chứa magma trước khi có một vụ phun trào mạnh khác.

Hiện nay, các nhà núi lửa học đang tích cực nghiên cứu vụ phun trào ở Tonga để tăng cường hiểu biết về các sự kiện tương tự trong tương lai và nỗ lực giảm thiểu thiệt hại.

An Khang (Theo National Geographic)

• Tại sao sóng thần do núi lửa khó dự đoán?