Hunga Tonga-Hunga Ha’apai : l’éruption de tous les records (3ème partie)  // The eruption of all records (part 3)

Le panache volcanique.

Aujourd’hui, les scientifiques qui étudient l’éruption du 15 janvier 2022 sont surpris par sa puissance et les records s’accumulent. Par exemple, le panache volcanique a atteint des hauteurs encore jamais observées par les satellites.

Source: Tonga Services

Deux satellites météorologiques – le Geostationary Operational Environmental Satellite 17 (GOES-17) de la NOAA et le Himawari-8 de l’Agence japonaise d’exploration aérospatiale – ont observé cette éruption exceptionnelle depuis l’espace, ce qui a permis aux scientifiques de calculer jusqu’où le panache avait pénétré dans l’atmosphère. Ils ont déterminé que, à son point culminant, le panache s’est élevé à une hauteur de 58 km, ce qui signifie qu’il a percé la mésosphère, la troisième couche de l’atmosphère. Le panache du Hunga Tonga était toutefois loin d’atteindre la couche atmosphérique suivante, la thermosphère, qui commence à environ 85 km au-dessus de la surface de la Terre. La ligne Karman, à une centaine de kilomètres au-dessus de la surface de la Terre, est généralement considérée comme la frontière avec l’espace. Après qu’une première explosion ait généré ce panache très volumineux, une nouvelle explosion a propulsé des cendres, du gaz et de la vapeur à plus de 50 km dans le ciel.
Jusqu’à présent, les panaches volcaniques les plus élevés ont été émis par l’éruption de 1991 du Pinatubo aux Philippines avec 40 km, et l’éruption de 1982 d’El Chichón au Mexique avec 31 km. Les éruptions volcaniques du passé ont probablement produit des panaches plus importants, mais elles se sont produites avant que les scientifiques puissent effectuer de telles mesures. Le panache de l’éruption du Krakatau en 1883 en Indonésie a probablement, lui aussi, atteint la mésosphère.
Les scientifiques n’ont pas pu utiliser leur technique habituelle basée sur la température pour mesurer le panache volcanique car l’éruption de janvier a dépassé la hauteur maximale pour laquelle cette méthode peut être utilisée. Ils se sont tournés vers trois satellites météorologiques géostationnaires qui fournissent des images toutes les 10 minutes et ils se sont appuyés sur l’effet de parallaxe.

Images montrant l’étendue du nuage de cendres au moment de l’éruption du Hunga-Tonga Hunga-Ha’apai (Source: USGS)

Perturbation spatiale.

L’éruption du Hunga Tonga Hunga Ha’apai a généré l’une des plus grandes perturbations spatiales jamais observées au cours de l’ère moderne. Elle permet aux scientifiques d’analyser le lien encore mal compris entre la basse atmosphère et l’espace. L’événement permet également d’étudier comment les événements sur Terre peuvent affecter la météo dans l’espace, à côté de l’influence de la météo spatiale sur la météo terrestre.
Lorsque le volcan est entré en éruption, l’explosion a créé d’importantes perturbations de pression dans l’atmosphère, ce qui a provoqué des vents violents. Au fur et à mesure que ces vents se sont dirigés vers les couches atmosphériques plus minces, ils ont commencé à s’accélérer. Lorsqu’ils ont atteint l’ionosphère et les confins de l’espace, on a enregistré des vitesses de vent allant jusqu’à 725 km/h, ce qui en fait les vents les plus violents – en dessous de 195 km d’altitude – jamais mesurés par la mission ICON depuis son lancement en 2019.
Dans l’ionosphère, ces vents très puissants ont également affecté les courants électriques. Les particules ionosphériques génèrent régulièrement un courant électrique qui se dirige vers l’est – l’électrojet équatorial – alimenté par les vents de la basse atmosphère. Après l’éruption, l’électrojet équatorial a atteint cinq fois sa puissance de crête normale et a radicalement changé de direction; il s’est dirigé vers l’ouest pendant une courte période. C’est quelque chose qui n’avait été observé auparavant que pendant de fortes tempêtes géomagnétiques.
On estime maintenant que l’indice d’explosivité volcanique (VEI) de l’éruption du Hunga Tonga a atteint 6 sur une échelle de 8 niveaux, ce qui la place parmi les plus grandes éruptions volcaniques jamais enregistrées avec des instruments géophysiques modernes.

La vapeur d’eau.

Au cours de l’éruption du 15 janvier 2022, le volcan a également émis une quantité colossale de vapeur d’eau dans l’atmosphère. Selon la NASA, il a envoyé dans la stratosphère suffisamment de vapeur d’eau pour remplir 58 000 piscines olympiques. Les scientifiques expliquent que l’événement a battu « tous les records » d’injection de vapeur d’eau depuis que les satellites ont commencé à enregistrer ce type de données.
Le Microwave Limb Sounder à bord du satellite Aura de la NASA, qui mesure les gaz dans l’atmosphère, a découvert que l’explosion avait envoyé quelque 146 téragrammes d’eau dans la stratosphère, entre environ 13 et 53 kilomètres au-dessus de la surface de la planète. Un téragramme (Tg) équivaut à 10 ¹² grammes ou 10 ⁹ kilogrammes. Cette énorme quantité de vapeur a augmenté la quantité totale d’eau dans la stratosphère d’environ 10 %. C’est près de quatre fois la quantité de vapeur d’eau entrée dans la stratosphère au moment de l’éruption du Pinatubo en 1991 aux Philippines.
Depuis que la NASA a commencé à effectuer des mesures il y a 18 ans, seules deux autres éruptions, celle du Kasatochi en Alaska en 2008 et du Calbuco en 2015 au Chili, ont envoyé des quantités importantes de vapeur d’eau à des altitudes aussi élevées. Dans les deux cas, les nuages de vapeur d’eau se sont rapidement dissipés.
On pense que la caldeira du volcan sous-marin, une dépression d’environ 150 mètres de profondeur, est à l’origine de l’émission exceptionnelle de vapeur d’eau. Si la caldeira avait été moins profonde, l’eau de mer n’aurait pas été assez chaude pour expliquer une telle quantité de vapeur d’eau; si elle avait été plus profonde, la trop grande pression exercée par l’eau de mer aurait atténué le souffle de l’explosion.

Source: NASA

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The volcanic plume.
Today, scientists studying the January 15th, 2022 eruption are amazed at its power and records are piling up. For example, the volcanic plume reached heights never before seen by satellites.
Two weather satellites – NOAA’s Geostationary Operational Environmental Satellite 17 (GOES-17) and the Japan Aerospace Exploration Agency’s Himawari-8 – observed this exceptional eruption from space, allowing scientists to calculate how high the plume had penetrated the atmosphere. They determined that, at its peak, the plume rose to a height of 58 km, meaning it pierced the mesosphere, the third layer of the atmosphere. The Hunga Tonga plume, however, was far from reaching the next atmospheric layer, the thermosphere, which begins about 85 km above the Earth’s surface. The Karman line, a hundred kilometers above the surface of the Earth, is generally considered the boundary with space. After a first explosion generated this very large plume, a new explosion propelled ash, gas and steam more than 50 km into the sky.
The highest volcanic plumes had been emitted by the 1991 eruption of Pinatubo in the Philippines with 40 km, and the 1982 eruption of El Chichón in Mexico with 31 km. Volcanic eruptions in the past likely produced larger plumes, but they happened before scientists could make such measurements. The plume from the 1883 eruption of Krakatau in Indonesia probably also reached the mesosphere.
Scientists were unable to use their usual temperature-based technique to measure the volcanic plume because the January eruption exceeded the maximum height for which this method can be used. They turned to three geostationary weather satellites that provide images every 10 minutes and they relied on the parallax effect.

Space disturbances.
The eruption of Hunga Tonga Hunga Ha’apai generated one of the largest space disturbances ever observed in the modern era. It allows scientists to analyze the still poorly understood link between the lower atmosphere and space. The event also helps to study how events on Earth can affect weather in space, alongside the influence of space weather on terrestrial weather.
When the volcano erupted, the explosion created significant pressure disturbances in the atmosphere, which caused strong winds. As these winds moved towards the thinner atmospheric layers, they began to pick up speed. When they reached the ionosphere and the outer reaches of space, wind speeds of up to 725 km/h were recorded, making them the strongest winds – below 195 km altitude – ever measured by the ICON mission since its launch in 2019.
In the ionosphere, these very powerful winds also affected electric currents. Ionospheric particles regularly generate an electric current that heads east – the equatorial electrojet – powered by winds from the lower atmosphere. After the eruption, the equatorial electrojet reached five times its normal peak power and drastically changed direction; it headed west for a short time. This is something that had previously only been observed during strong geomagnetic storms.
The Volcanic Explosivity Index (VEI) for the Hunga Tonga eruption is now estimated to have reached 6 on an 8-level scale, placing it among the largest volcanic eruptions ever recorded with modern geophysical instruments.

Water vapor.
During the January 15, 2022 eruption, the volcano also emitted a colossal amount of water vapor into the atmosphere. According to NASA, it sent enough water vapor into the stratosphere to fill 58,000 Olympic swimming pools. The scientists say the event broke « every record » for water vapor injection since satellites began recording such data.
The Microwave Limb Sounder aboard NASA’s Aura satellite, which measures gases in the atmosphere, found the explosion sent some 146 teragrams of water into the stratosphere, between about 13 and 53 kilometers above the surface of the planet. One teragram (Tg) is equal to 10¹² grams or 10⁹ kilograms. This huge amount of steam increased the total amount of water in the stratosphere by about 10%. That’s nearly four times the amount of water vapor that entered the stratosphere when Mt Pinatubo erupted in the Philippines in 1991.
Since NASA began making measurements 18 years ago, only two other eruptions, Kasatochi in Alaska in 2008 and Calbuco in 2015 in Chile, have sent significant amounts of water vapor to similar altitudes. In both cases, the water vapor clouds quickly dissipated.
It is believed that the caldera of the submarine volcano, a depression about 150 meters deep, was the source of the exceptional emission of water vapor. If the caldera had been shallower, the seawater would not have been warm enough to account for such an amount of water vapour; if it had been deeper, the excessive pressure exerted by the sea water would have reduced the blast of the explosion.