De nouvelles recherches de l’Université de Washington montrent que les signaux de la haute atmosphère pourraient améliorer la prévision des tsunamis et, un jour, aider à suivre les panaches de cendres et autres impacts après une éruption volcanique.
Une nouvelle étude a analysé l’éruption Hunga Tonga-Hunga Ha’apai dans le Pacifique Sud au début de cette année. L’éruption volcanique du 15 janvier 2022 a été la plus importante enregistrée par des équipements modernes. La cendre a recouvert la région. Une vague de tsunami a causé des dégâts et tué au moins trois personnes sur l’île de Tonga. Il a également eu des effets lointains inattendus.
Aucune éruption volcanique depuis plus d’un siècle n’a produit de tsunami à l’échelle mondiale. La vague de tsunami de l’éruption sous-marine a d’abord été prédite comme un danger régional. Au lieu de cela, la vague a atteint le Pérou, où deux personnes se sont noyées.
Les résultats de la nouvelle étude, publiés cet automne en Lettres de recherche géophysiqueutilise des preuves de l’ionosphère pour aider à expliquer pourquoi la vague du tsunami s’est agrandie et s’est déplacée plus rapidement que prévu par les modèles.
« Il s’agissait de l’éruption volcanique la plus puissante depuis l’éruption du Krakatau en 1883, et de nombreux aspects de celle-ci étaient inattendus », a déclaré l’auteur principal Jessica Ghent, doctorante en sciences de la Terre et de l’espace à l’UW. « Nous avons utilisé une nouvelle technique de surveillance pour comprendre ce qui s’est passé ici et apprendre comment nous pourrions surveiller les futurs risques naturels. »
Elle présentera le travail dans un affiche Mercredi 14 décembre, lors de la réunion annuelle de l’American Geophysical Union à Chicago et elle cadeau le travail à la réunion cet après-midi.
Les tsunamis sont des événements suffisamment rares pour que les modèles de prévision, reposant sur un nombre limité de marégraphes et de capteurs océaniques, soient encore en cours de perfectionnement. Cette étude fait partie d’un nouveau domaine de recherche explorant l’utilisation des signaux GPS voyageant dans l’atmosphère pour suivre les événements au sol.
Un grand tremblement de terre, ou dans ce cas une énorme éruption volcanique, génère des ondes de pression dans l’atmosphère. Lorsque ces ondes de pression traversent la zone d’environ 50 à 400 miles d’altitude où les électrons et les ions flottent librement, connue sous le nom d’ionosphère, les particules sont perturbées. Les satellites GPS renvoyant les coordonnées vers la Terre transmettent un signal radio légèrement modifié qui suit la perturbation.
« D’autres groupes se sont penchés sur l’ionosphère pour surveiller les tsunamis. Nous souhaitons l’appliquer à la volcanologie », a déclaré le co-auteur Brendan Crowell, chercheur à l’UW en sciences de la Terre et de l’espace. « Cette éruption aux Tonga a donné un coup de fouet à nos recherches. Il y a eu une grande éruption volcanique et un tsunami – normalement, vous étudieriez l’un ou l’autre. »
Une série d’images satellite GOES-17 a capturé le nuage parapluie généré par l’éruption sous-marine du volcan Hunga Tonga-Hunga Ha’apai le 15 janvier 2022. Crédit : NASA
Pour la nouvelle étude, les chercheurs ont analysé 818 stations au sol du Global Navigation Satellite System, le réseau mondial qui comprend le GPS et d’autres satellites, autour du Pacifique Sud pour mesurer la perturbation atmosphérique dans les heures suivant l’éruption. Les résultats soutiennent l’hypothèse selon laquelle le bang sonique généré par l’explosion volcanique a rendu la vague de tsunami plus grande et plus rapide. La vague océanique a reçu une poussée supplémentaire de la vague de pression atmosphérique créée par l’éruption. Cette poussée supplémentaire n’a pas été incluse dans les prévisions initiales du tsunami, ont déclaré les chercheurs, car les tsunamis déclenchés par le volcan sont si rares.
« Les tsunamis peuvent généralement se déplacer en haute mer à 220 mètres par seconde, ou 500 miles par heure. D’après nos données, cette vague de tsunami se déplaçait à 310 mètres par seconde, ou 700 miles par heure », a déclaré Ghent.
Les auteurs ont pu séparer différents aspects de l’éruption – l’onde sonore acoustique, l’onde océanique et d’autres types d’ondes de pression – et vérifier leur précision par rapport aux stations d’observation au sol.
« La séparation de ces signaux, de l’onde sonore acoustique au tsunami, était ce que nous avions cherché à trouver », a déclaré Ghent. « Du point de vue de la surveillance des dangers, cela valide notre espoir quant à l’utilisation que nous pouvons faire de l’ionosphère. Cet événement inhabituel nous donne confiance dans le fait que nous pourrions un jour utiliser l’ionosphère pour surveiller les dangers en temps réel. »
Bien que l’éruption des Tonga n’ait pas éjecté beaucoup de cendres pour la taille de l’événement, Ghent et Crowell affirment que les signaux du système mondial de navigation par satellite pourraient être utilisés d’autres manières pour suivre avec précision les panaches de cendres volcaniques.
Regarder vers le haut pour surveiller les volcans et les tsunamis est attrayant, car la surveillance au sol pose des problèmes dans le nord-ouest du Pacifique et dans d’autres régions. Les capteurs doivent être entretenus et réparés, la neige et la glace peuvent bloquer les signaux ou causer des dommages, l’accès aux stations de surveillance peut être difficile.
De plus, « les chèvres sauvages des montagnes peuvent manger les câbles des instruments au sol parce que les chèvres aiment le sel », a déclaré Gand. « Si vous avez un moyen de surveiller une zone sans y être réellement, vous ouvrez vraiment la porte à la possibilité de la surveiller toute l’année et d’aider à assurer la sécurité des personnes dans le monde. »
Plus d’information:
Jessica N. Ghent et al, Caractéristiques spectrales des perturbations ionosphériques au-dessus du Pacifique sud-ouest à partir de l’éruption et du tsunami du 15 janvier 2022 aux Tonga, Lettres de recherche géophysique (2022). DOI : 10.1029/2022GL100145