Des géologues dressent un bilan préliminaire de l’éruption des Tonga

Le 15 janvier, le volcan Hunga Tonga-Hunga Ha’apai a dévasté la nation des Tonga. L’éruption a déclenché des tsunamis jusqu’aux Caraïbes et généré des ondes atmosphériques qui ont fait plusieurs fois le tour du globe. Pendant ce temps, le panache du volcan a projeté du gaz et des cendres à travers la stratosphère dans la mésosphère inférieure.

Deux mois seulement après l’éruption, les géologues ont préparé un compte rendu préliminaire de son déroulement. Melissa Scruggs de l’UC Santa Barbara et le professeur émérite Frank Spera faisaient partie d’une équipe internationale de chercheurs qui a publié le premier compte rendu holistique de l’événement dans la revue Avancées de la recherche sur les tremblements de terre. Les auteurs pensent qu’une éruption la veille a peut-être préparé le volcan à la violente explosion en enfonçant son évent principal sous la surface de l’océan. Cela a permis à la roche en fusion de vaporiser un grand volume d’eau de mer, intensifiant l’éruption volcanique dès le lendemain.

« Il s’agit sans aucun doute de la plus grande éruption depuis le mont Pinatubo en 1991 », a déclaré l’auteur correspondant Scruggs, qui étudie le mélange de magma et les mécanismes de déclenchement des éruptions, et a récemment terminé son doctorat à l’UC Santa Barbara. Elle a comparé l’événement de janvier à l’éruption de 1883 du Krakatoa, qui a été entendue à 3 000 milles.

Hunga Tonga-Hunga Ha’apai (HTHH) est un stratovolcan : une grande montagne en forme de cône qui est sujette à de violentes éruptions périodiques, mais qui connaît généralement une activité plus douce. C’est l’un des nombreux le long de l’arc volcanique de Tofua, une ligne de volcans alimentés par le magma de la plaque Pacifique plongeant sous la plaque indo-australienne. Chauffez et faites cuire sous pression les roches de la plaque descendante, en chassant l’eau et les autres substances volatiles. Cette même eau diminue la température de fusion de la roche au-dessus, conduisant à une chaîne de volcans à environ 100 kilomètres de la limite de la plaque.

Un danger submergé

Les îles de Hunga Tonga et Hunga Ha’apai, d’où le nom du volcan, ne sont que les deux points les plus élevés le long du bord de la caldeira, ou cratère central. Ou ils l’étaient, jusqu’à ce que l’éruption fasse exploser la plupart des îles.

Scruggs a entendu parler de l’éruption pour la première fois alors qu’elle parcourait son fil Twitter tout en se préparant à se coucher. « J’ai vu un GIF de l’éruption du satellite, et mon cœur s’est juste arrêté », a-t-elle dit, s’arrêtant pour trouver ses mots. Elle a immédiatement su que l’événement causerait une dévastation massive. « Le plus effrayant, c’est que tout le pays était isolé et nous ne savions pas ce qui s’était passé. »

Elle envoyait déjà des messages à d’autres volcanologues au fur et à mesure que les événements se déroulaient, essayant de comprendre les images que les satellites avaient si clairement capturées. « Nous avons vraiment essayé de comprendre ce qui s’est passé », a déclaré Scruggs. « Alors, nous avons rassemblé toutes les informations que nous pouvions, tout ce qui était disponible au cours des premières semaines. » Les auteurs se sont appuyés sur toutes les ressources qu’ils ont pu trouver pour caractériser rapidement cette éruption, y compris des données accessibles au public, des vidéos et même des tweets.

En utilisant une variété d’ensembles de données, l’équipe a calculé que l’événement du 15 janvier avait commencé à 17h02 heure locale (0402 ± 1 UTC). Le US Geological Survey a enregistré un événement sismique environ 13 minutes plus tard à l’emplacement de l’évent. Les deux premières heures de l’éruption ont été particulièrement violentes, l’activité s’estompant après environ 12 heures.

Mais l’activité d’éruption avait en fait commencé le 20 décembre 2021. Et avant cela, le volcan avait éclaté en 2009 et à nouveau en 2014 et 2015. Scruggs pense que ces épisodes antérieurs sont essentiels pour comprendre la violence derrière la récente éruption de HTHH, peut-être liés aux changements dans le système de plomberie magmatique en profondeur ou à la chimie du magma au fil du temps.

Hunga Tonga et Hunga Ha’apai étaient des îles séparées jusqu’à ce qu’elles soient unies par des éruptions de l’évent principal du volcan, qui ont créé un pont terrestre. « Cette île vient de naître en 2015 », a déclaré Scruggs. « Et maintenant, c’est parti. S’il n’y avait pas eu l’ère des satellites, nous n’aurions même pas su qu’il ait jamais existé. »

Le 14 janvier 2022, une explosion de l’évent principal a rasé cette connexion, enfonçant l’évent sous la surface de l’océan. « Si ce pont terrestre n’avait pas été retiré, l’éruption du 15 janvier aurait pu se comporter comme la veille car elle n’aurait pas eu cet excès d’eau de mer », a fait remarquer Scruggs.

Une explosion fulgurante

Même volcan, un jour de différence : vendredi, l’évent était au-dessus de l’eau, et samedi, il était en dessous. « Cela a fait toute la différence dans le monde », a déclaré Scruggs.

L’équipe pense que l’eau de mer a joué un grand rôle dans la violence et la force derrière l’éruption du 15 janvier. Tout comme une fusée en bouteille, une éruption de cette ampleur prend le bon rapport d’eau et de gaz pour fournir la force nécessaire pour l’envoyer vers le ciel.

Et il a décollé comme une fusée, aussi. « Il est allé à mi-chemin dans l’espace », s’est exclamé Scruggs. Le panache de cendres a projeté 58 kilomètres dans l’atmosphère, au-delà de la stratosphère et dans la mésosphère inférieure. C’est plus du double de la hauteur atteinte par le panache du mont Saint Helens en 1980. C’était le panache volcanique le plus haut jamais enregistré.

Une quantité vraiment stupéfiante de foudre a également accompagné l’éruption. Les auteurs soupçonnent que la vaporisation de l’eau de mer a provoqué la fragmentation de la lave en particules de cendres microscopiques, qui ont été rejointes par de minuscules cristaux de glace une fois que la vapeur a gelé dans la haute atmosphère. Le mouvement, le changement de température et la taille des particules ont généré des quantités incroyables de séparation de charge statique qui ont éclaté au-dessus de l’éruption. Pendant les deux premières heures de l’éruption, environ 80% de tous les éclairs sur Terre ont divisé le ciel au-dessus de Hunga Tonga-Hunga Ha’apai.

Les auteurs estiment qu’environ 1,9 km3 de matériel, pesant 2 900 téragrammes, ont éclaté de HTHH le 15 janvier. « Mais le volume de l’éruption n’était pas un gros problème », a déclaré Spera, co-auteur de l’article et conseiller doctoral de Scruggs . « Ce qui était spécial, c’est la façon dont l’énergie de l’éruption s’est couplée à l’atmosphère et aux océans : une grande partie de l’énergie a été utilisée pour déplacer l’air et l’eau à l’échelle mondiale. »

L’onde de choc traversant l’océan a déclenché des tsunamis dans tout le Pacifique et au-delà. De plus, la vague est arrivée plus vite que prévu par les modèles d’alerte aux tsunamis car les modèles ne sont pas calibrés pour les éruptions volcaniques – ils sont basés sur des équations qui décrivent les tsunamis générés par les tremblements de terre.

Un deuxième tsunami a suivi l’onde de pression atmosphérique. Cette onde de choc a même déclenché un météo-tsunami dans les Caraïbes, qui n’a aucun lien direct avec le Pacifique Sud. Scruggs l’a qualifié d’inédit : « En gros, tout l’océan a clapoté pendant cinq jours après l’éruption », a-t-elle ajouté.

Beaucoup de travail à faire

Les scientifiques sont encore en train de reconstituer ce qui s’est passé sur le volcan, ils n’ont donc pas encore développé une compréhension complète de la vague du tsunami. Cependant, il est important de mettre à jour les systèmes de prévision des déplacements des tsunamis afin qu’ils tiennent compte de ce type de mécanisme. Sinon, les avertissements pourraient être incorrects la prochaine fois qu’un volcan comme le HTHH éclatera, ce qui pourrait coûter plus de vies.

En effet, l’événement met en lumière le danger posé par les volcans sous-marins non surveillés. Malgré la dévastation, les Tonga étaient relativement bien préparés pour l’éruption du 15 janvier. Le gouvernement avait émis des avertissements basés sur l’activité de la veille, et la nation avait des plans en place pour les éruptions et les tsunamis.

HTHH a connu des éruptions tout aussi violentes dans le passé. Un article récent de chercheurs de l’Université d’Otago, en Nouvelle-Zélande, a révélé qu’une grande éruption a détruit la caldeira au sommet du volcan sous-marin il y a environ 1 000 ans. Et des volcans similaires pourraient bien entrer en éruption de la même manière. Considérez Kick ’em Jenny, un autre volcan sous-marin dont l’évent principal n’est qu’à 150 mètres sous l’eau. Il est situé à seulement 8 km au nord de l’île de Grenade. « Imaginez si quelque chose comme l’éruption des Tonga se produisait dans les Caraïbes », a déclaré Scruggs.

Les chercheurs ont travaillé rapidement avec uniquement des données accessibles au public. Ils prévoient de revoir toutes leurs découvertes à mesure que davantage d’informations et d’échantillons deviennent disponibles et que de plus en plus de chercheurs publient leurs propres découvertes sur cette éruption révolutionnaire. Leur objectif principal était de fournir un point de départ pour les travaux futurs sur le sujet.

Scruggs tient particulièrement à en savoir plus sur les cendres recueillies lors de cette éruption. La roche volcanique fournit une mine d’informations à un géologue qualifié. L’examen du matériau pourrait faire la lumière sur le type de magma qui a éclaté, sa quantité et peut-être même la quantité d’eau de mer impliquée dans l’éruption.

« Il y a tellement de questions qui ont été soulevées », a déclaré Scruggs. « Des choses que nous ne pensions même pas possibles ont maintenant été enregistrées. »

Les chercheurs de l’UC Santa Barbara animeront une session spéciale invitée sur l’éruption Hunga Tonga-Hunga Ha’apai lors de la réunion annuelle 2022 de la Geological Society of America à Denver en octobre. « Ce sera passionnant de voir ce que des dizaines d’autres scientifiques de la Terre pourront découvrir sur ce volcan unique », a déclaré Spera. « Nous n’en sommes qu’au début. »