Letusan St. Helens 1980

Sebelum erupsi

Gunung St. Helens dorman sejak aktivitas terakhirnya pada tahun 1840-an dan 1850-an sampai Maret 1980. Beberapa gempa kecil mulai terjadi sejak 15 Maret, 1980, mengindikasikan bahwa magma mungkin telah bergerak di bawah gunung. Kemudian pada 18 Maret pada pukul 3:45  sore Waktu Standar Pasifik, sebuah gempa bumi dangkal dengan kekuatan 4,2 skala Richter (catatan awal 4,1), berpusat di bawah gunung berapi sebelah utara, menandakan terbangunnya gunung berapi setelah 123 tahun tertidur. Gempa bumi rangkaian yang terus meningkat memenuhi seismometer-seismometer dan klimaks dimulai sekitar siang hari pada tanggal 25 Maret, mencapai puncaknya dua hari kemudian, termasuk gempa bumi yang tercatat 5,1 pada skala Richter. Totalnya terdapat 174 guncangan berkekuatan  2,6 atau lebih yang tercatat selama dua hari tersebut.
Guncangan berkekuatan  3,2 atau lebih terjadi secara meningkat pada April dan Mei dengan lima gempa bumi berkekuatan  4 atau lebih setiap harinya di awal bulan April, dan 8 per hari seminggu sebelum 18 Mei. Awalnya tidak ada dugaan akan letusan, namun beberapa longsor salju yang disebabkan oleh gempa bumi dilaporkan dari observasi udara.
Pada pukul 12:36  siang pada tanggal 27 Maret, letusan freatik (letusan uap dari air tanah) terjadi dan menghancurkan bebatuan di kepundan puncak yang lama, menghasilkan kawah baru seluas 75 meter dan melepaskan kolom abu setinggi 2.100 meter ke udara. Pada saat ini, sebuah sistem kekar yang menjorok ke timur sepanjang 4.900 meter telah terbentuk di area puncak. Hal ini diikuti oleh rangkaian gempa bumi dan juga serangkaian semburan uap panas yang melepaskan abu 3.000 sampai 3.400 meter dari lubang semburan. Banyak dari abu ini jatuh sekitar 5–19 kilometer dari lubang semburan, namun beberapanya terbawa sejauh 240 kilometer ke selatan ke Bend, Oregon atau 459 kilometer ke timur ke Spokane, Washington.
Kepundan kedua yang baru dengan api biru diamati pada tanggal 29 Maret. Api tersebut dapat terlihat dikeluarkan dari kedua kepundan dan diduga terjadi akibat gas yang terbakar. Listrik statis yang tercipta dari awan abu yang menuruni gunung menghasilkan kilat yang memiliki panjang 3 kilometer. Sembilan puluh tiga semburan dilaporkan pada tanggal 30 Maret, dan getaran harmonik yang meningkat pertama kali tercatat pada tanggal 1 April, menmbuat khawatir para ahli geologi dan mendesak Gubernur Dixy Lee Ray untuk mengumumkan keadaan darurat pada tanggal 3 April. Gubernur Ray mengisukan sebuah perintah eksekutif pada tanggal 30 April untuk menciptakan "zona merah" di sekeliling gunung berapi; siapapun yang ditangkap di zona ini adalah didenda sebesar $500 atau kurungan enam bulan penjara. Hal ini mencegah para pemilik kabin untuk mengunjungi properti milik mereka.
Pada tanggal 7 April kawah tersebut memiliki panjang, lebar, dan kedalaman 520×370×150 m. Sebuah tim USGS menjelaskan bahwa di pekan terakhir di bulan April, bagian utara gunung St. Helens sebesar 2,4 kilometer telah berpindah sejauh 82 meter. Selama bulan April dan awal Mei tonjolan ini membesar 1,5 sampai 1,8 meter per hari, dan pada pertengahan Mei telah memanjang sejauh 120 meter ke utara. Ketika tonjolan ini mengarah ke utara, area puncak di belakangnya perlahan tenggelam, sehingga membentuk balok tanah depresi yang disebut graben. Ahli geologi mengumumkan pada tanggal 30 April bahwa meluncurnya tonjolan ini adalah bahaya langsung yang terbesar dan longsoran semacam itu dapat menghasilkan letusan. Perubahan-perubahan dalam bentuk gunung berapi ini berhubungan dengan deformasi keseluruhan yang meningkatkan volume gunung berapi sebesar 0.13 km3 pada pertengahan Mei. Peningkatan volume ini diduga berhubungan dengan volume magma yang terdorong di gunung dan membuat deformasi di permukaannya. Karena magma yang keluar tetap berada di bawah tanah dan tidak terlihat secara langsung, hal ini disebut sebagai cryptodome, berbeda dengan kubah lava yang terlihat di permukaan.
Pada tanggal 7 Mei, letusan yang serupa dengan letusan pada bulan Maret dan April kembali terjadi, dan pada hari-hari berikutnya tonjolan ini mendekati ukuran maksimalnya. Seluruh aktivitas hanya terbatas pada kubah di puncak berusia 350 tahun dan tidak melibatkan magma baru. Total sekitar 10.000 gempa bumi yang tercatat sebelum kejadian pada tanggal 18 Mei, kebanyakan terkonsentrasi di zona kecil kurang dari 2,6 kilometer tepat di bawah tonjolan. Letusan-letusan kecil yang dapat dilihat berhenti pada tanggal 16 Mei, mengurangi ketertarikan publik dan jumlah pengunjung di area. Tekanan publik yang memuncak kemudian memaksa pihak berwenang untuk mengizinkan 50 mobil berisi pemilik-pemilik properti untuk memasuki zona bahaya pada tanggal 17 Mei untuk mengumpulkan barang-barang yang dapat dibawa. Perjalanan selanjutnya direncanakan pada pukul 10 a.m. keesokan harinya. Karena hari itu adalah hari Minggu, lebih dari 300 penebang pohon tidak bekerja di area sekitar. Pada saat letusan, magma batuan dasit mengalami intrusi dan telah mendesak sisi utama gunung sejauh 150 meter dan memanaskan sistem air tanah dari gunung berapi, mengakibatkan letusan-letusan uap (letusan freatik).

Longsoran sisi utara

Ketika hari memasuki 18 Mei, aktivitas gunung St. Helens tidak menunjukkan perubahan dalam pola selama beberapa bulan. Pergerakan tonjolan, emisi belerang dioksida, dan pembacaan suhu tanah tidak menunjukkan adanya tanda-tanda akan letusan besar. Vulkanologi USGS David A. Johnston sedang bertugas di pos pemantauan kurang lebih 9,7 kilometer utara dari gunung: pada pukul 7  pagi, alat pengukur milik Johnston tidak menunjukkan aktivitas yang tidak biasa.
Pada pukul 8:32  pagi, sebuah gempa bumi berkekuatan 5.1 terpusat di bawah lereng sebelah utara memicu longsor di sisi gunung tersebut, kurang lebih 7–20 detik (kemungkinan sekitar 10 detik) setelah getaran. Longsoran tersebut, longsoran terbesar yang pernah tercatat, meluncur dengan kecepatan 177 sampai 249 kilometer per jam dan bergerak menuju bagian barat sungai Spirit. Longsoran itu kemudian mengenai punggung bukit setinggi 350 meter yang terletak 10 kilometer di utara. Sedikit dari longsoran itu tumpah melewati punggung bukit, namun kebanyakan dari longsoran tersebut bergerak sejauh 21 kilometer ke Sungai Toutle North Fork, memenuhi lembah tersebut sedalam 180 meter dengan longsoran dan puing. Area seluas 62 km2 telah tertutupi, dan volume dari deposit adalah sebanyak 2.9 km3.
Ilmuwan dapat merekonstruksi pergerakan longsor dari sekumpulan foto yang diambil secara cepat oleh Gary Rosenquist, yang sedang berkemah sejauh 18 kilometer dari letusan. Rosenquist, rombongannya, dan foto-fotonya selamat karena letusan tersebut terhalangi dan terhenti 1,6 kilometer dari mereka oleh topografi lokal.
Banyak dari bagian utara dari gunung St. Helens berubah menjadi deposit puing-puing sepanjang 27 kilometer, dengan tebal rata-rata 46 meter; longsoran paling tebal 1.6 kilometer di bawah Danau Spirit dan paling tipis berada di sebelah barat. Ribuan pohon di perbukitan sekeliling tumbang setelah air dari danau meluap setinggi 240 meter ke bukit. Seluruh air di Danau Spirit tergantikan oleh longsoran, menghasilkan ombak setinggi 180 meter menghantam punggung bukit di utara danau, menambah 90 meter puing-puing longsoran di dasar danau, dan menaikkan dasar danau menjadi setinggi 200 kaki. Ketika air kembali melewati aliran sungai, ia membawa ribuan pohon yang tumbang oleh gas vulkanis dengan abu dan batu panas yang mendahului longsoran beberapa detik sebelumnya. Selama lebih dari tiga dekade, pepohonan tumbang mengapung dan menutupi Danau Spirit, Danau St. Helens dan Danau Coldwater masih dapat terlihat dalam pencitraan satelit Google Earth.

Letusan lateral awal

Longsor tersebut membuka magma dasit di leher gunung St. Helens dan menjadi bertekanan rendah, mengakibatkan batu yang separuh leleh dan kaya akan gas, dan uap bertekanan tinggi di atasnya meledak beberapa detik setelah longsor bermula. Ledakan kemudian mengikuti arah longsoran, melontarkan bebatuan ke utara. Ledakan yang terjadi secara lateral menghasilkan aliran piroklastik yang terdiri dari gas-gas vulkanis yang sangat panas, abu, dan batu apung yang terbentuk dari lava baru, sementara bebatuan lama yang lumat menyusuri tanah, pada awalnya bergerak dengan kecepatan 350 km/jam namun berakselerasi menjadi 1.080 km/jam, dan diduga dalam waktu sekejap melebihi kecepatan suara.
Aliran piroklastik melewati longsoran yang bergerak dan menyebar, menghancurkan area berbentuk kipas seluas 23 mil dan sepanjang 19 mil (37 km × 31 km). Secara keseluruhan, sekitar 600 km2 hutan telah tumbang, dan panas yang berlebih telah mematikan pepohonan di luar zona pepohonan tumbang. Dari kepundan ledakan lateral kemungkinan berlangsung selama tidak lebih dari 30 detik, namun awan ledakan yang mengarah ke utara tersebut berlangsung selama beberapa menit.
Aliran material yang sangat panas membuat air di Danau Spirit dan Sungai North Fork Toutle mendidih, menciptakan letupan kedua yang lebih besar, yang terdengar jauh sampai ke British Columbia, Montana, Idaho, dan California Utara. Namun banyak area yang lebih dekat dari letusan (misalkan Portland, Oregon) tidak mendengar letupan tersebut. Hal yang disebut sebagai "zona hening" ini membentang secara radial belasan mil dari gunung berapi dan terjadi karena reaksi kompleks dari gelombang suara terhadap perbedaan suhu dan gerakan udara di lapisan atmosfer, dan dalam batas tertentu, topografi lokal.
Penelitian lebih lanjut menunjukkan bahwa sepertiga dari 0,19 km3 dari material longsoran berasal dari lava baru, sementara sisanya adalah bebatuan lama yang lumat.

Aliran lanjutan

Aliran lanjutan berupa material piroklastik dari lubang yang dihasilkan oleh longsoran terdiri dari puing-puing magmatik dan bukan bebatuan vulkanis yang ada. Deposit yang dihasilkan membentuk pola seperti kipas. Sekitar 17 aliran piroklastik terjadi pada saat letusan tanggal 18 Mei, dan volume agregatnya adalah 210.000.000 m3.
Aliran dari deposit masih bersuhu 300 hinggi 420 °C dua minggu setelah letusan. Letupan uap sekunder yang tercipta oleh panas menciptakan lubang-lubang di bagian utara dari deposit aliran piroklastik, di tepi selatan Danau Spirit, dan di sepanjang bagian hulu Sungai North Fork Toutle. Letupan-letupan uap ini berlanjut secara sporadis selama beberapa pekan bahkan berbulan setelah aliran piroklastik mulai mengendap, dan setidaknya satu letupan terjadi setahun kemudian, pada tanggal 16 Mei, 1981.

Pertumbuhan kolom abu

Ketika longsoran dan aliran piroklastik awal masih bergerak, sebuah kolom abu naik setinggi 19 kilometer dari kepundan dalam waktu kurang dari 10 menit dan menyebarkan tefrit ke stratosfer selama sepuluh jam. Di dekat puncak, partikel-partikel abu yang berputar di atmosfer menghasilkan kilat, yang mengakibatkan kebakaran hutan. Pada saat ini, material dari kolom awan jamur yang terdiri dari abu tersebut runtuh, dan jatuh kembali ke bumi. Kejatuhan ini, yang diiringi oleh magna, lumpur, dan uap, menghasilkan aliran piroklastik susulan menuruni lereng gunung St. Helens. Kemudian, aliran yang lebih pelan muncul dari kawah bari di sebelah utara dan terdiri dari batu apung yang menyala dan abu panas. Beberapa dari aliran panas ini menutupi es atau air yang kemudian memanaskan dengan mengubahnya menjadi uap, menciptakan kawah selebar 20 meter dan mengirim abu 2.000 meter ke udara.
Angin kencang dari ketinggian meniup banyak dari material ini ke arah timur laut-timur dari gunung dengan kecepatan 97 km/jam. Pada pukul 9:45 pagi, abu telah mencapai kota Yakima, Washington, sejauh 140 kilometer, dan pada pukul 11:45 pagi telah mencapai Spokane, Washington. Abu setebal 4-5 inci telah jatuh di Yakima, dan area timur jauh seperti Spokane mengalami kegelapan pada siang hari di mana jarak pandang turun menjadi 3,0 meter dan turun abu setebal 0,5 inci. Jauh di timur, abu dari gunung St. Helens jatuh di bagian barat Taman Nasional Yellowstone pada pukul 22:15  malam dan terlihat di tanah di kota Denver, Colorado, keesokan harinya. Kemudian abu yang turun dari letusan ini telah dilaporkan telah sampai sejauh Minnesota dan Oklahoma, dan beberapa dari abu tersebut mengelilingi bumi selama dua pekan.
Selama sembilan jam aktivitas erupsi yang aktif, sekitar 540.000.000 ton abu telah jatuh di area seluas 57,000 km2. Total volume abu sebelum pemadatan oleh hujan adalah sekitar 1,3 km3. Total volume abu sebelum pemadatan setara dengan 210.000.000 m3 batu padat, atau sekitar 7% dari jumlah material yang longsor. Sekitar pukul 5:30 pada 10 Mei, kolom abu vertikal tersebut mulai menurun, namun semburan-semburan kecil terus berlanjut selama beberapa hari.

Sifat abu

Dikarenakan bagaimana abu yang beterbangan mengumpul setelah erupsi terpengaruh oleh kondisi cuaca, maka beberapa jenis abu dapat terbentuk, dan dapat berfungsi sebagai pengetahuan akan jarak abu dan gunung serta waktu yang dibutuhkan dari erupsi. Abu dari gunung St. Helens bukanlah pengecualian dan komposisi abu memiliki ketidakpastian yang tinggi.

Komposisi kimiawi

Komposisi kimiawi dari abu ditemukan kurang lebih terdiri dari: 65% silikon dioksida, 18% aluminium oksida, 5% ferioksida, 4% kalsium oksida dan natrium oksida, 2% magnesium oksida. Elemen-elemen kimia lain juga ditemukan chemicals, dengan konsentrasi terdiri dari: 0,05-0,09% klor, 0,02-0,03% fluor dan 0,09-0,3% belerang.

Aliran lahar

Ledakan material yang panas juga menghancurkan dan melelehkan gletser-gletser dan salju di gunung. Seperti letusan-letusan St. Helens sebelumnya, letusan ini menciptakan lahar dan banjir lumpur yang mempengaruhi tiga dari empat sistem drainase di gunung, dan mulai mengalir pada pukul 8:50 pagi Lahar tersebut mengalir dengan kecepatan 140 km/jam ketika berada di lereng namun melambat menjadi 4,8 km/jam ketika memasuki bagian sungai yang lebih lebar dan rata. Lahar dari sisi selatan dan timur memiliki konsistensi serupa dengan beton basah ketika mengalir ke Sungai Muddy, Pine Creek dan Smith Creek sampai ke kuala di Sungai Lewis. Jembatan-jembatan di hilir Pine Creek dan hulu Swift Reservoir runtuh, di mana pada siang hari lahar mengisi 14.000.000 m3 dengan air, lumpur, dan puing
Gletser dan salju yang meleleh bercampur dengan tefrit di lereng bagian timur laut dan menghasilkan lahar yang lebih besar. Lahar ini mengalir ke cabang sungai utara dan selatan dari Sungai Toutle dan bersatu di kuala Sungai Toutle dan Sungai Cowlitz dekat Castle Rock, Washington, pada pukul 1:00 siang. Sembilan puluh menit setelah letusan, lahar pertama telah mengalir ke hulu sejauh 43 kilometer di mana pengawas di Weyerhaeuser's Camp Baker melihat dinding setinggi 4 meter berupa air lumpur dan puing mengalir. Di dekat kuala cabang sungai Toutle sebelah utara dan selatan, tercatat batas air meluap setinggi 7,2 meter.
Lahar yang besar namun bergerak dengan lebih lambat mengalir pada awal siang di hulu cabang Sungai Toutle sebelah utara. Pada pukul 2:30 siang aliran lahar telah menghancurkan Camp Baker, dan selama berjam-jam berikutnya tujuh jembatan telah tersapu. Sebagian aliran kemudian mundur sejauh 4,0 kilometer setelah memasuki Sungai Cowlitz, namun kebanyakan terus mengalir ke hilir. Setelah mengalir lagi sejauh 27 kilometer, diperkirakan sekitar 3.000.000 m3 material telah tertimbun ke dasar Sungai Columbia, mengurangi kedalaman sungai menjadi setinggi 8 meter dalam rentang 6 kilometer. Kedalaman sungai yang hanya 4,0 meter membuat sungai ditutup sementara kepada kapal-kapal kargo, merugikan kota Portland, Oregon sebesar lima juta dolar AS. Pada akhirnya lebih dari 50 juta kubik meter sedimen dibuang ke bagian Sungai Cowlitz dan Sungai Columbia yang lebih rendah.