Vụ phun trào núi lửa Tonga tạo ra cột khói chạm tới tầng trung lưu của khí quyển

Vụ phun trào khổng lồ này cũng là vụ phun trào đầu tiên được ghi nhận xuyên thủng đến tầng trung lưu của khí quyển Trái đất. Các kết quả nghiên cứu đã được công bố trong hôm nay trên tạp chí Science.

Vào ngày 15.1 năm nay, Hunga Tonga-Hunga Ha'apai, ngọn núi lửa ngầm ở quần đảo Tongan ở nam Thái Bình Dương, đã phun trào dữ dội. Vụ phun trào là một trong những vụ nổ mạnh nhất từng được quan sát, gây ra sóng xung kích khắp thế giới và sóng thần kinh hoàng khiến hàng nghìn người mất nhà cửa. Một cột tro bụi và hơi nước khổng lồ đã được phóng vào bầu khí quyển, nhưng cho đến nay các nhà khoa học vẫn chưa có cách để đo chính xác độ cao của nó.

Thông thường, có thể ước tính chiều cao của một ngọn núi lửa bằng cách đo nhiệt độ trên đỉnh bởi các vệ tinh dựa trên tia hồng ngoại, sau đó so sánh nó với một biên dạng nhiệt độ tham chiếu. Điều này là do trong tầng đối lưu (tầng đầu tiên và thấp nhất của khí quyển Trái đất), nhiệt độ giảm theo độ cao.

Nhưng nếu vụ phun trào lớn đến mức phóng ra một cột khói bụi và hơi nước thâm nhập vào tầng tiếp theo của khí quyển Trái đất (tầng bình lưu), thì phương pháp này trở nên mơ hồ vì nhiệt độ bắt đầu tăng trở lại theo độ cao (do tầng ozone trong tầng bình lưu hấp thụ bức xạ tia cực tím mặt trời).

Video về vụ phun trào do vệ tinh thời tiết GOES-17 ghi lại - Nguồn: NOAA

Để khắc phục vấn đề này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng phương pháp mới dựa trên hiện tượng gọi là “hiệu ứng thị sai”. Đây là sự khác biệt rõ ràng về vị trí của một đối tượng khi nhìn từ nhiều đường ngắm.

Bạn có thể thấy điều này bằng cách nhắm mắt phải và đưa một tay ra với ngón cái hướng lên trên. Sau đó, nếu bạn chuyển đổi mắt nhắm, ngón tay cái của bạn sẽ có vẻ hơi di chuyển so với nền. Bằng cách đo sự thay đổi vị trí rõ ràng này và kết hợp với khoảng cách đã biết giữa hai mắt, bạn có thể tính được khoảng cách đến ngón tay cái của mình.

Vị trí của núi lửa Tonga được bao phủ bởi ba vệ tinh thời tiết địa tĩnh, vì vậy các nhà nghiên cứu đã có thể áp dụng “hiệu ứng thị sai” cho các hình ảnh chụp từ trên không. Điều quan trọng là trong quá trình núi lửa phun trào, các vệ tinh ghi lại hình ảnh cứ sau 10 phút, cho phép nhận thấy những thay đổi nhanh chóng trong quỹ đạo của cột khói và hơi nước.

Kết quả cho thấy cột khói bụi tạo ra từ vụ phun trào đạt độ cao lớn nhất là 57 km. Con số này cao hơn đáng kể so với những kỷ lục trước đó là vụ phun trào của núi Pinatubo ở Philippines vào năm 1991 của núi Pinatubo ở Philippines (40 km ở điểm cao nhất) và El Chichón ở Mexico vào năm 1982 (31 km). Nó cũng làm cho cột khói này trở thành bằng chứng quan sát đầu tiên về một vụ phun trào núi lửa đẩy vật chất qua tầng bình lưu và hướng trực tiếp vào tầng trung lưu, bắt đầu ở độ cao khoảng 50 km so với bề mặt Trái đất.

Tiến sĩ Simon Proud (Đại học Oxford, RAL Space và Trung tâm Quốc gia về Quan sát Trái đất) cho biết: “Đó là một kết quả phi thường vì chúng tôi chưa từng thấy một đám mây nào cao như vậy trước đây. Hơn nữa, khả năng ước tính chiều cao theo cách chúng tôi đã làm (sử dụng phương pháp thị sai) chỉ có thể thực hiện nhờ có vùng phủ sóng vệ tinh tốt. Điều đó không thể xảy ra trong một thập kỷ trước đây”.

“Các nhà nghiên cứu Oxford hiện có ý định xây dựng một hệ thống tự động để tính toán độ cao của các ngọn núi lửa bằng phương pháp thị sai. Chúng tôi cũng muốn áp dụng kỹ thuật này cho các vụ phun trào khác và phát triển một tập dữ liệu về độ cao của chùm tia, từ đó các nhà khoa học khí quyển có thể sử dụng để mô hình hóa sự phân tán của tro núi lửa trong khí quyển”, tiến sĩ Andrew Prata từ Phân khoa Vật lý Khí quyển, Đại dương và Hành tinh, đồng tác giả nghiên cứu cho biết thêm.

Ngoài Đại học Oxford, nghiên cứu còn có sự tham gia của Phòng thí nghiệm Rutherford Appleton, Trung tâm Quốc gia về Quan sát Trái đất ở Harwell và Đại học Khoa học Ứng dụng Munich.