Kết hợp số hóa 3D, chứng kiến và mô phỏng số để tái cấu trúc sự cố sụp đổ khu vực Ritter Island năm 1888 và sóng thần

International Journal of Earth Sciences - Tập 109 Số 8 - Trang 2659-2677 - 2020
Jens Karstens1, Karim Kelfoun2, Sebastian Watt3, Christian Berndt1
1GEOMAR Helmholtz Centre for Ocean Research Kiel, Kiel, Germany
2Laboratoire Magmas et Volcans, Université Blaise Pascal Clermont-Ferrand II, Clermont-Ferrand, France
3School of Geography, Earth and Environmental Sciences, University of Birmingham, Birmingham, UK

Tóm tắt

Tóm tắtVụ sụp đổ khu vực núi lửa Ritter Island vào năm 1888 đã gây ra một trận sóng thần gây thiệt hại trong khu vực. Các báo cáo chứng kiến lịch sử cho phép tái dựng thời gian đến, giai đoạn và chiều cao của sóng thần tại nhiều địa điểm xung quanh bờ biển New Guinea và New Britain. Các phân tích địa chấn 3D và phân tích trầm tích chỉ ra rằng vụ sụp đổ thảm khốc của Ritter Island đã được dẫn trước bởi một giai đoạn lan rộng từ sâu bên trong kiến trúc núi lửa và đi kèm với một vụ phun trào dưới biển, khi ống phun núi lửa đã bị cắt dưới mực nước biển. Tuy nhiên, tác động tiềm tàng của sự biến dạng sâu và vụ phun trào lên sự hình thành sóng thần vẫn chưa rõ ràng. Lần đầu tiên, có thể tham số hóa các thành phần khác nhau của vụ sụp đổ Ritter Island bằng dữ liệu địa chấn 3D, và do đó kiểm tra những đóng góp tương đối của chúng vào sóng thần. Các mô hình thời gian đến và chiều cao của sóng thần tương đồng tốt với các báo cáo chứng kiến lịch sử. Các mô phỏng của chúng tôi cho thấy sóng thần chủ yếu bị kiểm soát bởi sự dịch chuyển của cột nước do hình nón đang sụp đổ tại ranh giới trên không-dưới biển và rằng khối lượng phần chìm của sự sụp đổ và tính di động của nó chỉ có ảnh hưởng nhỏ đến hình thành sóng thần. Điều này chỉ ra rằng thể tích tổng thể của sự sụp đổ, khi kết hợp với khối lượng biến dạng sâu, không thể quy đổi trực tiếp cho chiều cao sóng thần tạo ra. Hơn nữa, các mô phỏng cho thấy tác động hình thành sóng thần của năng lượng phun trào trong vụ sụp đổ Ritter Island là chỉ mang tính chất nhẹ. Tuy nhiên, mối quan hệ này có thể khác đối với các sự kiện sóng thần do núi lửa khác với thể tích sụp đổ nhỏ hơn hoặc vụ phun lớn hơn, và không nên bị bỏ qua trong các mô phỏng sóng thần và đánh giá rủi ro.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

Anonymous (1888) Die Fluthwelle vom 13. Maerz 1888. Nachrichten über Kaiser Wilhelms-Land und den Bismarck-Archipel 4(3), pp 147–149

Anonymous (1890) Arbeiter-Anwerbung im Schutzgebiet. Nachrichten über Kaiser Wilhelms-Land und den Bismarck-Archipel 6:81–88

Auker MR, Sparks RSJ, Siebert L, Crosweller HS, Ewert J (2013) A statistical analysis of the global historical volcanic fatalities record. J Appl Volcanol 2(1):2

Baldwin SL, Fitzgerald PG, Webb LE (2012) Tectonics of the New Guinea Region. Annu Rev Earth Planet Sci 40:495–520

Crutchley GJ, Karstens J, Berndt C, Talling PJ, Watt SFL, Vardy ME, Hühnerbach V, Urlaub M, Sarkar S, Klaeschen D, Paulatto M, Le Friant A, Lebas E, Maeno F (2013) Insights into the emplacement dynamics of volcanic landslides from high-resolution 3D seismic data acquired offshore Montserrat, Lesser Antilles. Mar Geol 335:1–15

Day SJ (2015) Chapter 58: Volcanic tsunamis. In: Sigurdsson H (ed) The encyclopedia of volcanoes, 2nd edn. Academic Press, Amsterdam, pp 993–1009

Day SJ, Llanes P, Silver E, Hoffman G, Ward S, Dricoll N (2015) Submarine landslide deposits of the historical lateral collapse of Ritter Island, Papua New Guinea. Mar Pet Geol 67:419–438

Giachetti T, Paris R, Kelfoun K, Ontowirjo B (2012) Tsunami hazard related to a flank collapse of Anak Krakatau volcano, Sunda Strait, Indonesia. Geol Soc Lond Spec Publ 361(1):79–90

Glicken H (1996) Rockslide-debris avalanche of May 18, 1980, Mount St. Helens Volcano, Washington. Dissertation, University of California, Santa Barbara

Grilli ST, Tappin DR, Carey S, Watt SFL, Ward SN, Grilli AR, Engwell SL, Zhang C, Kirby JT, Schambach L, Muin M (2019) Modelling of the tsunami from the December 22, 2018 lateral collapse of Anak Krakatau volcano in the Sunda Straits. Indonesia Sci Rep 9(1):1–13

Gouhier M, Paris R (2019) SO2 and tephra emissions during the December 22, 2018 Anak Krakatau eruption. Volcanica 2(2):91–103

Hunt JE, Wynn RB, Talling PJ, Masson DG (2013) Multistage collapse of eight western Canary Island landslides in the last 1.5 Ma: sedimentological and geochemical evidence from subunits in submarine flow deposits. Geochem Geophys Geosyst 14(7):2159–2181

Hunt JE, Cassidy M, Talling PJ (2018) Multi-stage volcanic island flank collapses with coeval explosive caldera-forming eruptions. Sci Rep 8(1):1–11

Ioualalen M, Asavanant J, Kaewbanjak N, Grilli ST, Kirby JT, Watts P (2007) Modeling the 26 December 2004 Indian Ocean tsunami: case study of impact in Thailand. J Geophys Res Oceans 112:C07024. https://doi.org/10.1029/2006JC003850

Johnson RW (1977) Distribution and major-element chemistry of late Cainozoic volcanoes at the southern margin of the Bismarck Sea, PNG. Australian Bureau of Mineral Resources, Geology and Geophysics Report 188, 162

Johnson RW (1987) Large scale volcanic cone collapse: the 1888 slope failure of Ritter volcano. Bull Volcanol 49:669–679

Johnson RW (2013) Fire Mountains of the Island: a history of volcanic eruptions and disaster management in Papua New Guinea and the Solomon Islands. Australian National University Press, 416

Karstens J, Crutchley GJ, Berndt C, Talling PJ, Watt SFL, Hühnerbach V, Le Friant A, Lebas E, Trofimovs J (2013) Emplacement of pyroclastic deposits offshore Montserrat from 3D seismic data. J Volcanol Geotherm Res 257:1–11

Karstens J, Berndt C, Urlaub M, Watt SFL, Micallef A, Kühn M, Klaucke I, Muff S, Klaeschen D, Roth T, Böttner C, Schramm B, Elger J, Ray M, Brune S (2019) From gradual spreading to catastrophic collapse: 3D seismic reconstruction of the 1888 Ritter Island volcanic sector collapse. Earth Planet Sci Lett 517:1–13

Kelfoun K, Druitt TH (2005) Numerical modelling of the emplacement of the 7500 BP Socompa rock avalanche. Chile J Geophys Res 110:B12202. https://doi.org/10.1029/2005JB003758

Kelfoun K, Druitt TH, de Vries BVW, Guilbaud MN (2008) Topographic reflection of the Socompa debris avalanche. Chile Bull Volcanol 70(10):1169–1187

Kelfoun K, Giachetti T, Labazuy P (2010) Landslide-generated tsunamis at Réunion Island. J Geophys Res Earth Surf 117:C05030. https://doi.org/10.1029/2011JC007646

Le Mehaute B, Wang S (1996) Water waves generated by underwater explosions (advanced ocean engineering). World Scientific, New Jersey

Løvholt F, Harbitz CB, Haugen KB (2005) A parametric study of tsunamis generated by submarine slides in the Ormen Lange/Storegga area off western Norway. Mar Pet Geol 22(1):219–231

Løvholt F, Pedersen G, Harbitz CB, Glimsdal S, Kim J (2015) On the characteristics of landslide tsunamis. Philos Trans R Soc A Math Phy Eng Sci 373(2053):20140376

Masson DG, Watts AB, Gee MJR, Urgeles R, Mitchell NC, Le Bas TP, Canals M (2002) Slope failures on the flanks of the western Canary Islands. Earth Sci Rev 57(1):1–35

Matsuyama M, Walsh JP, Yeh H (1999) The effect of bathymetry on tsunami characteristics at Sisano Lagoon, Papua New Guinea. Geophys Res Lett 26(23):3513–3516

Micallef A, Watt SFL, Berndt C, Urlaub M, Brune S, Klaucke I, Böttner C, Karstens J, Elger J (2017) An 1888 volcanic collapse becomes a benchmark for tsunami models. Eos, Transactions American Geophysical Union, p 48

Moore JG, Clague DA, Holcomb RT, Lipman PW, Normark WR, Torresan ME (1989) Prodigious submarine landslides on the Hawaiian Ridge. J Geophys Res Solid Earth 94(B12):17465–17484

Paris R, Switzer AD, Belousova M, Belousov A, Ontowirjo B, Whelley PL, Ulvrova M (2014) Volcanic tsunami: a review of source mechanisms, past events and hazards in Southeast Asia (Indonesia, Philippines, Papua New Guinea). Nat Hazards 70(1):447–470

Sato H, Taniguchi H (1997) Relationship between crater size and ejecta volume of recent magmatic and phreato-magmatic eruptions: Implications for energy partitioning. Geophys Res Lett 24(3):205–208

Siebert L, Glicken H, Ui T (1987) Volcanic hazards from Bezymianny-and Bandai-type eruptions. Bull Volcanol 49(1):435–459

Siebert L, Alvarado GE, Vallance JW, de Vries BVW (2006) Large-volume volcanic edifice failures in Central America and associated hazards. GSA Spec Papers 412:1–26. https://doi.org/10.1130/2006.2412(01)

Silver E, Day SJ, Ward SN, Hoffmann G, Llanes-Estrada P, Driscoll N, Appelgate B, Saunders S (2009) Volcano collapse and tsunami generation in the Bismarck volcanic arc, Papua New Guinea. J Volcanol Geoth Res 186:210–222

Steinhäuser R (1892) Die Flutwelle und die Hilfsexpedition voll Finschhafen nach der Südwestküste von Neu-Pommern. Westermanns Illustrierte deutsche Monatshefte 71:265–275

Tinti S, Pagnoni G, Zaniboni F (2006) The landslides and tsunamis of the 30th of December 2002 in Stromboli analysed through numerical simulations. Bull Volcanol 68(5):462–479

Ulvrová M, Paris R, Kelfoun K, Nomikou P (2014) Numerical simulations of tsunamis generated by underwater volcanic explosions at Karymskoye lake (Kamchatka, Russia) and Kolumbo volcano (Aegean Sea, Greece). Nat Hazards Earth Syst Sci 14(2):401–412

Ulvrova M, Paris R, Nomikou P, Kelfoun K, Leibrandt S, Tappin DR, McCoy FW (2016) Source of the tsunami generated by the 1650 AD eruption of Kolumbo submarine volcano (Aegean Sea, Greece). J Volc Geotherm Res 321:125–139

Ward SN, Day S (2003) Ritter Island volcano—lateral collapse and the tsunami of 1888. Geophys J Int 154(3):891–902

Watt SFL, Talling PJ, Vardy ME, Heller V, Hühnerbach V, Urlaub M, Sarkar S, Masson DG, Henstock TJ, Minshull TA, Paulatto M, Le Friant A, Lebas E, Berndt C, Crutchley GJ, Karstens J, Stinton AJ, Maeno F (2012) Combinations of volcanic-flank and seafloor-sediment failure offshore Montserrat, and their implications for tsunami generation. Earth Planet Sci Lett 319–320:228–240

Watt SFL, Karstens J, Micallef A, Berndt C, Urlaub M, Desai A, Klaucke I, Böttner C, Day S, Downes H, Elger KM (2019) From catastrophic collapse to multi-phase deposition: flow transformation, seafloor interaction and triggered eruption following a volcanic-island landslide. Earth Planet Sci Lett 517:135–147

Williams R, Rowley P, Garthwaite MC (2019) Reconstructing the Anak Krakatau flank collapse that caused the December 2018 Indonesian tsunami. Geology 47(10):973–976

Woodhead J, Hergt J, Sandiford M, Johnson W (2010) The big crunch: physical and chemical expressions of arc/continent collision in the Western Bismarck arc. J Volcanol Geoth Res 190(1–2):11–24