نویسنده: Ben Simpson, Jamie McMichael-Phillips 

پروژه نقشه برداری بستر فوران تونگا (TESMaP) یک ماموریت مشترک برای کشف اثرات زیر دریای فوران آتشفشان هونگا-تونگا هونگا-هااپای در ژانویه 2022 است. موسسه ملی تحقیقات آب و جو نیوزیلند (NIWA) و بنیاد نیپون ژاپن با استفاده از دانش، تجربه و منابع جمعی خود امیدوارند که بفهمند چه اتفاقی افتاده است، چه مقدار مواد جابجا شده است و آتشفشان به چه شکلی باقی مانده است. کمک به بهبود پیش‌بینی سونامی و پیش‌بینی بهتر اثرات انفجار آتشفشان‌های زیردریایی، که به نوبه خود به محافظت از مردم در برابر بلایای طبیعی مشابه در آینده کمک می‌کند.

در 15 ژانویه 2022، یک کشور اقیانوس آرام جنوبی با بیش از 104000 نفر شاهد فوران غیرمنتظره و بی سابقه آتشفشان هونگا-تونگا هونگا-هااپای (HT-HH) بود. تاثیر فوری عواقب فاجعه باری برای جزایر مجاور تونگا داشت. جزیره اصلی Tongatapu با خاکستر سمی فرش شده بود و رونق صوتی در سراسر جهان سفر کرد. شکل بستر دریا بر سرعت و اندازه سونامی حاصل تأثیر زیادی داشت.

مرگ و میر و خسارت تا آمریکای جنوبی ثبت شد و امواج استرالیا، نیوزلند و ژاپن را درنوردید و حتی سواحل کالیفرنیا، آلاسکا و شیلی را لمس کرد. همچنین کابل‌های فیبر نوری زیردریایی را که تونگا را به جهان متصل می‌کرد، قطع کرد و این کشور را در خاموشی طولانی‌مدت قرار داد.

در آوریل 2022، مؤسسه ملی تحقیقات آب و جو نیوزیلند (NIWA) و بنیاد نیپون ژاپن، مأموریت مشترکی را برای کشف اثرات زیردریایی انفجار، با استفاده از دانش، تجربه و منابع جمعی خود برای ایجاد تصویری دقیق و ارزشمند اعلام کردند. از پیامدهای فوران در زیر سطح اقیانوس.

پروژه نقشه برداری بستر فوران تونگا (TESMaP) توسط بنیاد نیپون تامین می شود و توسط The Nippon Foundation-GEBCO Seaabed 2030 Project، که هدف آن نقشه برداری از کل کف اقیانوس جهان تا سال 2030 و ارائه این اطلاعات از طریق یک نقشه قطعی رایگان است، پشتیبانی می شود.

مدل سازی فوران های آینده

در حال حاضر حدود 680 میلیون نفر در مناطق ساحلی زندگی می کنند و انتظار می رود این رقم در کمتر از 30 سال به یک میلیارد نفر افزایش یابد. این جوامع ساحلی با خطر فزاینده طوفان و سونامی روبرو هستند که می تواند کل محله ها را از بین ببرد و زندگی را در عرض چند دقیقه به خطر بیندازد. از آنجایی که آتشفشان‌های مشابه متعددی در سرتاسر جهان وجود دارد، به‌ویژه در امتداد حلقه آتش اقیانوس آرام، فوران HT-HH یک خطر حیاتی برای جامعه را برجسته می‌کند که با کمبود دانش تشدید می‌شود.

از طریق تحقیقات و بررسی های دقیق، گسترش دانش جمعی از توپوگرافی زیر دریا برای درک آنچه اتفاق افتاده، چه مقدار مواد جابجا شده است و چه شکلی آتشفشان باقی مانده حیاتی است. این اطلاعات امکان بهبود پیش بینی سونامی و پیش بینی بهتر اثرات انفجار را فراهم می کند. آتشفشان های زیر دریا، که به نوبه خود به محافظت از مردم در برابر بلایای طبیعی مشابه در آینده کمک می کند.

در فاز یک TESMaP که بین آوریل و مه انجام شد، دانشمندان نیوا در کشتی تحقیقاتی RV Tangaroa اقیانوس اطراف HT-HH را بررسی کردند که هزاران کیلومتر مربع را پوشش می‌دهد و تصاویر ویدیویی از برخورد فوران جمع‌آوری می‌کند. فاز دوم، که بین ژوئیه و آگوست انجام شد، از کشتی 12 متری بدون سرنشین (USV) Maxlimer SEA-KIT International برای انجام یک ماه نقشه برداری بیشتر در داخل دهانه دهان استفاده کرد. این تحقیق – که در منطقه ای انجام شده است که به دلایل ایمنی نمی تواند توسط NIWA بررسی شود – برای یافته های کلی پروژه بسیار مهم است.

مواد جابجا شده

با توجه به بزرگی شدید انفجار، تغییرات چشمگیری در آتشفشان قابل انتظار بود. اما در عوض، محققان کشتی RV Tangaroa برای این سفر یک ماهه از یافتن آن هنوز تا حد زیادی دست نخورده شگفت زده شدند. دانشمندان نیوا در مجموع 22000 کیلومتر مربع از بستر دریای اطراف را نقشه برداری کردند و تغییراتی را در مساحت 8000 کیلومتر مربع مشاهده کردند.

آنها تا هفت کیلومتر مکعب مواد جابجا شده را ثبت کردند – برای پر کردن سه میلیون استخر شنای المپیک کافی است. کابل اینترنت خانگی قطع شده تونگا در زیر 30 متر خاکستر و رسوب مدفون شد و دانشمندان گل شنی و امواج عمیق خاکستر را تا 50 کیلومتری آتشفشان پیدا کردند.

تأثیرات اکوسیستم

تأثیرات روی اکوسیستم نیز مورد بررسی قرار گرفت. این آتشفشان فاقد بیولوژی بود، اما به طور قابل توجهی ویژگی هایی در فاصله 15 کیلومتری وجود داشت که هنوز دارای جمعیت های فراوان و متنوعی از حیات دریایی بود. کوه‌های دریایی اطراف دارای تنوع زیستی معمولی مانند مرجان‌ها، اسفنج‌ها، ستاره‌های دریایی و صدف‌ها بودند که نشان‌دهنده انعطاف‌پذیری چنین اکوسیستم‌های دریایی است و به دانشمندان مبنایی برای نظارت بر بازیابی در آینده می‌دهد.

داده های اولیه ستون آب نشان داد که هنوز در حال بهبود است و مقداری خاکستر معلق در هوا هنوز به طور کامل در کف دریا ته نشین نشده است. همچنین شواهدی وجود دارد که نشان می دهد آتشفشان ممکن است همچنان در حال فوران باشد، با یک لایه خاکستر متراکم که در ستون آب بالایی نزدیک محل یافت می شود.

نقشه برداری شکاف ها با USV

به عنوان بخشی از فاز دو، USV Maxlimer شکل فعلی دهانه دهان را ترسیم کرد و شرایط محیطی آب بالای آن را اندازه‌گیری کرد، در حالی که همه این‌ها از راه دور از پایگاه SEA-KIT در بریتانیا، در فاصله 16000 کیلومتری، کنترل می‌شدند. استفاده از USV Maxlimer به عنوان یک پلتفرم قابل تنظیم برای طیف وسیعی از حسگرها، فرصتی منحصر به فرد برای جمع آوری داده ها به طور ایمن و پیوسته از داخل دهانه دهان در طول یک ماه کامل فراهم کرد

. در طول این ماموریت، USV Maxlimer فقط 100 لیتر سوخت در روز مصرف کرد که کمتر از 2 درصد مصرف سوخت یک کشتی معمولی است. علاوه بر کاهش خطر برای مردم، استقرار یک USV برای بررسی در داخل دهانه دهان باعث می شود انتشار کربن برای پروژه کم باقی بماند.

این اولین باری بود که از یک یو اس وی برای این نوع ماموریت استفاده شد و نشان داد که چگونه این فناوری راه‌های جدیدی را برای درک اقیانوس‌های ما پیش‌گام است. Maxlimer، اولین SEA-KIT X-class USV، کشتی آزمایش و توسعه این شرکت است.

او بخشی از برنده جایزه Nippon Foundation-GEBCO در نمایشگاه Shell Ocean Discovery XPRIZE در سال 2019 بود و از آن زمان به «اولین‌های» متعددی دست یافت، از جمله اولین بازرسی خط لوله دریایی بدون خدمه و اولین ترانزیت تجاری بین‌المللی بدون خدمه در سال 2019. USV همچنین 22 روز کار را به پایان رساند. عملیات بررسی از راه دور در حاشیه قاره اروپا در سال 2020، نقشه برداری بیش از 1000 کیلومتر مربع از کف اقیانوس.

جمع آوری داده ها در زمان واقعی

سنسورهای موجود در عرشه داده‌های عمق سنجی، داده‌های پراکندگی پشتی ستون آب، سرعت صوت، رسانایی، دما، کدورت، کاهش اکسیداسیون، فشار با عمق و داده‌های جاری را جمع‌آوری کردند، که همگی درک تأثیر زیردریایی فوران و فعالیت‌های مداوم را توسعه داده و پشتیبانی می‌کنند.

USV از قابلیت وینچ تازه نصب شده برای فرورفتگی حسگرها و یدک‌ها برای جمع‌آوری داده‌های ستون آب تا عمق 300 متری و ارائه نگاه دقیق‌تری به لایه رسوب معلق استفاده کرد. این مجموعه داده‌های اقیانوس‌شناسی به شناسایی لایه‌های فعالیت زمین گرمایی و همچنین تغییر در شوری و ذرات محلول کمک می‌کند و برای مطالعات مقایسه‌ای با نمونه‌های جمع‌آوری‌شده در خارج از دهانه دهان توسط RV Tangaroa استفاده خواهد شد.

Maxlimer به همراه سه عضو تیم SEA-KIT حدود 40 روز در Nuku’alofa، تونگا مستقر بودند. در طول این مدت، کشتی همچنین برای استفاده برای بررسی‌های زیست‌محیطی قبل از کابل‌گذاری جدید احتمالی برای اتصال مجدد جزایر، و همچنین برای نقشه‌برداری از آتشفشان‌های دیگر در منطقه و ایجاد نقشه‌های تغییر از فوران‌های قبلی در دسترس بود.