L’éruption massive du volcan tongien fournit une explosion de données sur les ondes atmosphériques

Le volcan Hunga a inauguré 2022 avec fracas, dévastant la nation insulaire des Tonga et envoyant les agences d’aide et les scientifiques de la Terre dans une vague d’activités. Cela faisait près de 140 ans qu’une éruption de cette ampleur avait secoué la Terre.

Robin Matoza de l’UC Santa Barbara a dirigé une équipe de 76 scientifiques, de 17 pays, pour caractériser les ondes atmosphériques de l’éruption, les plus fortes enregistrées sur un volcan depuis l’éruption du Krakatau en 1883. Le travail de l’équipe, compilé dans un laps de temps inhabituellement court, détaille la taille des vagues provenant de l’éruption, qui, selon les auteurs, étaient comparables à celles du Krakatau. Les données fournissent également une résolution exceptionnelle du champ d’onde en évolution par rapport à ce qui était disponible à partir de l’événement historique.

L’article, publié dans la revue Scienceest le premier récit complet des ondes atmosphériques de l’éruption.

Les premières preuves suggèrent qu’une éruption le 14 janvier a coulé l’évent principal du volcan sous le niveau de la mer, déclenchant l’explosion massive le lendemain. L’éruption du 15 janvier a généré une variété d’ondes atmosphériques différentes, y compris des booms entendus à 6 200 miles de là en Alaska. Il a également créé une impulsion qui a provoqué la survenue inhabituelle d’une perturbation semblable à un tsunami une heure avant le début du véritable tsunami provoqué par des séismes.

« Cet événement d’ondes atmosphériques était sans précédent dans les archives géophysiques modernes », a déclaré l’auteur principal Matoza, professeur agrégé au Département des sciences de la Terre de l’UC Santa Barbara.

L’éruption volcanique de Hunga a fourni des informations sans précédent sur le comportement d’une variété de types d’ondes atmosphériques. « Les ondes atmosphériques ont été enregistrées à l’échelle mondiale sur une large bande de fréquences », a déclaré le co-auteur David Fee de l’Institut géophysique Fairbanks de l’Université d’Alaska. « Et en étudiant cet ensemble de données remarquable, nous comprendrons mieux la génération, la propagation et l’enregistrement des ondes acoustiques et atmosphériques.

« Cela a des implications pour la surveillance des explosions nucléaires, des volcans, des tremblements de terre et d’une variété d’autres phénomènes », a poursuivi Fee. « Notre espoir est que nous serons mieux en mesure de surveiller les éruptions volcaniques et les tsunamis en comprenant les ondes atmosphériques de cette éruption. »

Les chercheurs se sont surtout intéressés au comportement d’une onde atmosphérique connue sous le nom d’onde de Lamb, qui est l’onde de pression dominante produite par l’éruption. Ce sont des ondes de pression longitudinales, un peu comme les ondes sonores, mais de fréquence particulièrement basse. Une fréquence si basse, en fait, que les effets de la gravité doivent être pris en compte. Les ondes d’agneau sont associées aux plus grandes explosions atmosphériques, telles que les grandes éruptions et les détonations nucléaires, bien que les caractéristiques des ondes diffèrent entre ces deux sources. Ils peuvent durer de quelques minutes à plusieurs heures.

Après l’éruption, les vagues ont parcouru la surface de la Terre et ont fait quatre fois le tour de la planète dans une direction et trois fois dans la direction opposée, ont rapporté les auteurs. C’était la même chose que les scientifiques ont observé lors de l’éruption du Krakatau en 1883. L’onde Lamb a également atteint l’ionosphère terrestre, s’élevant à 700 mph jusqu’à une altitude d’environ 280 miles.

« Les vagues d’agneau sont rares. Nous en avons très peu d’observations de haute qualité », a déclaré Fee. « En comprenant l’onde Lamb, nous pouvons mieux comprendre la source et l’éruption. Elle est liée à la génération du tsunami et du panache volcanique et est également probablement liée aux infrasons à haute fréquence et aux ondes acoustiques de l’éruption. »

L’onde Lamb consistait en au moins deux impulsions près du volcan. Le premier a eu une augmentation de pression de 7 à 10 minutes suivie d’une deuxième compression plus importante et d’une longue diminution de pression ultérieure.

Une différence majeure entre les récits des vagues d’agneau de Hunga et ceux de Krakatau est la quantité et la qualité des données que les scientifiques ont pu recueillir. « Nous avons plus d’un siècle d’avancées dans la technologie de l’instrumentation et la densité globale des capteurs », a déclaré Matoza. « Ainsi, l’événement Hunga de 2022 a fourni un ensemble de données mondial sans précédent pour un événement d’explosion de cette taille. »

Les scientifiques ont noté d’autres découvertes sur les ondes atmosphériques associées à l’éruption, y compris de remarquables infrasons à longue portée – des sons de fréquence trop basse pour être entendus par les humains. Les infrasons sont arrivés après l’onde de Lamb et ont été suivis de sons audibles dans certaines régions.

Des sons audibles ont atteint l’Alaska, à environ 6 200 milles du volcan, où ils ont été entendus dans tout l’État sous forme de booms répétés. « J’ai entendu les sons », se souvient Fee, « mais à l’époque, je ne pensais certainement pas que cela provenait d’une éruption volcanique dans le Pacifique Sud. »

Les scientifiques pensent que les sons entendus en Alaska ne peuvent pas provenir de Hunga. Bien qu’il reste encore beaucoup à apprendre, il est clair que les modèles sonores standard ne peuvent pas expliquer comment les sons audibles se propagent sur des distances aussi extrêmes. « Nous avons interprété qu’ils étaient générés quelque part le long du chemin par des effets non linéaires », a expliqué Matoza.

« Il existe une longue liste d’études de suivi possibles examinant plus en détail les nombreux aspects différents de ces signaux », a-t-il déclaré. « En tant que communauté, nous continuerons à travailler sur cet événement pendant des années. »