Catégorie : Science

Sismicité et prévision éruptive // Seismicity and volcanic prediction

Dans les années 1980, le regretté Maurice Krafft, un volcanologue français, comparait un volcan actif sur le point d’entrer en éruption à une personne malade ou blessée. Elle a de la fièvre ; elle a souvent des frissons et une mauvaise haleine. La plaie gonfle à cause de l’infection. Un volcan qui va entrer en éruption se comporte de la même manière. La température des gaz augmente et leur composition change ; le sol vibre et gonfle sous la poussée du magma.
Dans son dernier article Volcano Watch, le Hawaiian Volcano Observatory (HVO) insiste sur l’importance de la sismicité dans la prévision éruptive. En effet, les premiers signes d’activité volcanique, avant l’apparition de la lave, sont fournis par l’activité sismique dans les profondeurs de la Terre.
Les sismologues examinent les données de diverses manières pour interpréter les processus volcaniques qui se déroulent sous terre. Dans un premier temps, ils notent le nombre d’événements, leur localisation et leur magnitude. Ils étudient également le profil des séismes enregistrés pour en déduire comment la Terre s’est déplacée et a vibré. Les bruits parasites générés par l’activité humaine (grondements des hélicoptères et explosions dans les carrières) et les signaux atmosphériques (comme le tonnerre et le vent) peuvent compliquer l’identification des signaux volcaniques. La sismicité permet de décrire l’histoire d’un volcan apparemment silencieux, en particulier lorsque l’histoire de ce volcan et de sa sismicité a été décrite dans le passé.
Le Kilauea a fourni au HVO de nombreuses occasions d’observer les relations entre la sismicité et l’activité volcanique. Les scientifiques ont identifié des régions connues pour être sources de sismicité et qui montrent une augmentation de l’activité sismique au fur et à mesure qu’une éruption se précise. Ils reconnaissent également les types de séismes qui révèlent des mouvements du magma. Parfois, il a même été possible de prévoir où et quand une éruption commencerait en observant les modèles d’activité sismique.
Le Mauna Loa est un autre volcan actif sur la Grande Ile. Au cours des deux derniers siècles, les scientifiques du HVO ont constaté des changements dans les intervalles entre les éruptions. Entre 1832 et 1950, le Mauna Loa est entré en éruption, en moyenne, tous les 3 à 7 ans. Depuis 1950, les intervalles sont beaucoup plus longs. Après 1950, il a fallu attendre 25 ans avant que se produise l’éruption de 1975, puis encore 9 ans jusqu’à l’éruption de 1984. Ensuite, 38 ans se sont écoulés jusqu’à la dernière éruption de 2022 sur la zone de rift nord-est du Mauna Loa.
De nos jours, les observations sismiques effectuées par le HVO sur le Mauna Loa sont relativement rares comparées à celles du Kilauea. Pourtant, les observations de 1975 et 1984 ont fourni des indications utiles pour comprendre le fonctionnement du volcan.
Au printemps 1974, les sismologues du HVO ont noté une augmentation de l’activité sismique sous les hautes pentes du Mauna Loa. Ils ont installé des sismomètres supplémentaires et, sans l’aide d’ordinateurs, ils ont compté et localisé les séismes manuellement. Les observations ainsi compilées ont permis une bonne prévision éruptive.
Les capacités actuelles du HVO permettent la détection et la localisation des séismes de manière beaucoup plus fiable qu’en 1975 et 1984. Pour mieux comparer les modèles sismiques actuels à ceux des éruptions précédentes, les sismologues ont compté manuellement de minuscules événements en septembre 2022 ; ils étaient trop faibles pour être enregistrés par informatique. Cette comparaison a montré une augmentation similaire de l’activité sismique et a conduit à l’organisation de réunions publiques au cours des mois suivants pour sensibiliser la population.
De nouvelles hausses de la sismicité en octobre 2022 ont reflété des changements rapides de contraintes au sein du volcan. Cependant, le seul précurseur signalant l’arrivée de la lave dans la caldeira sommitale a été un essaim sismique superficiel d’une heure juste avant le début de l’éruption. Heureusement, la zone de rift NE du Mauna Loa n’est pas habitée et il n’était donc pas nécessaire d’évacuer des personnes. Sinon, une heure aurait été un laps de temps trop court pour mettre en sécurité la population menacée.
Source : USGS/HVO.

Tout comme le Piton de la Fournaise sur l’île de la Réunion, le Kilauea et la Mauna Loa à Hawaii sont des volcans de point chaud. Ils ont, la plupart du temps, des éruptions effusives et la lave ne représente pas une menace pour les hommes. Seules les structures se trouvant sur la trajectoire des coulées peuvent être détruites.

Il en va tout autrement pour les volcans explosifs de la Ceinture de Feu du Pacifique. Leur comportement est beaucoup plus brutal et beaucoup plus dangereux pour les zones habitées. Certes, les signaux sismiques donnent des indications précieuses sur le risque éruptif mais on sait, comme ce fut le cas pour le Mauna Loa en 2022, que le laps de temps entre la crise sismique et le phénomène éruptif est en général très bref. C’est pour cela que les autorités mettent en place le principe de précaution et conseillent l’évacuation des populations, même si la suite des événements leur donne tort. De nos jours, les instruments ne permettent pas au scientifiques d’en savoir plus sur les comportement d’un volcan.

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In the 1980s, the late Maurice Krafft, a French volcanologist, compared an active volcano about to erupt with an ill or wounded person. This person has a fever ; she often has the shivers and a bad breath. The wound inflates because of the infection. A volcano that is going to erupt behaves in the same way. Gas temperature increases and their composition changes ; the ground vibrates and inflates under the push of magma from beneath.

In its last Volcano Watch article, the Hawaiian Volcano Observatory (HVO) insists on the importance of seismicity in eruptive prediction. Indeed, the earliest signs of volcanic unrest, before lava is seen, are provided by earthquake activity occurring deep within the Earth.

Seismologists look at the data in a variety of ways to interpret the story of volcanic processes occurring underground. As a first step, they note earthquake rates, locations and magnitudes. They also study details of the recorded earthquakes to infer how the Earth moved and shook the ground. Human-generated noise (like helicopters and quarry blasts) and atmospheric signals (like thunder and wind) can make volcanic signals difficult to identify. Seismicity helps tell the story of a seemingly quiet volcano, especially when the stories of these volcanoes and their seismicity have been told in the past.

Kilauea has provided HVO with many opportunities to observe relationships between earthquakes and volcanic activity. Scientists have identified established earthquake source regions that show increases in seismic activity as the volcano gets closer to erupting. They also recognize the earthquake types that suggest magma movement. At times, it has been possible to forecast where and when eruptions would start, based on patterns of earthquake activity.

Mauna Loa is also an active volcano. Through the past two centuries, HVO scientists have seen intervals between successive eruptions change. Between 1832 and 1950, Mauna Loa erupted, on average, every 3 to 7 years. Since 1950, the intervals have been much longer. After 1950, it was 25 years until the 1975 Mauna Loa summit eruption, and then another 9 years until the 1984 eruption. Then, 38 years passed until the most recent eruption in 2022 from Mauna Loa’s Northeast Rift Zone.

HVO’s modern seismic observations of Mauna Loa are relatively sparse compared to those of Kilauea. Still, the observations of 1975 and 1984 provide some helpful clues toward learning how Mauna Loa works.

In the Spring of 1974, HVO seismologists noted an increase in earthquake activity beneath the upper elevations of Mauna Loa. They installed additional seismometers and, without computers, counted and located earthquakes by hand. The compiled observations could be viewed as a successful eruption forecast.

HVO’s current capabilities allow earthquake detection and location to levels far surpassing those of 1975 and 1984. To better compare current earthquakes patterns to these previous eruptions, seismologists hand counted tiny earthquakes in September 2022 that were too small to be recorded by modern computer processing. This comparison showed a similar uptick in seismic activity and led to community meetings in ensuing months to emphasize awareness, preparedness and safety.

Further increases in seismicity in October 2022 reflected rapid stress changes within the volcano. However, the only imminent precursor to lava appearing in the summit caldera was an hour-long tremor-like burst of numerous small, shallow earthquakes just before the eruption started. Fortunately, Mauna Loa’s NE Rift Zone is not populated and there was no need to evacuate people. Otherwise, one hour would have been very short to transfer residents to safe places.

Source : USGS / HVO.

Like Piton de la Fournaise on Reunion Island, Kilauea and Mauna Loa in Hawaii are hotspot volcanoes. They mostly have effusive eruptions and their lava poses no threat to humans. Only structures in the flow path can be destroyed.
The situation is quite different for the explosive volcanoes of the Pacific Ring of Fire. Their behaviour is much more brutal and much more dangerous for populated areas. Admittedly, seismic signals give valuable indications of the eruptive risk, but we know, as was the case for Mauna Loa in 2022, that the time between the seismic crisis and the eruptive phenomenon is generally very short. This is why the authorities use the principle of precaution and advise the evacuation of the populations, even if the sequence of events proves them wrong. Nowadays, the instruments do not allow scientists to know more about the behaviour of a volcano.

Image webcam de l’éruption du Mauna Loa en 2022

Le séisme de M 6,9 sur le Kilauea le 4 mai 2018 et ses répliques plusieurs mois plus tard (Source: USGS)

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.

Hunga Tonga-Hunga Ha’apai : l’éruption de tous les records (2ème partie)  // The eruption of all records (part 2)

L’éruption du 15 janviers 2022.

Une puissante éruption a de nouveau eu lieu sur le volcan Hunga Tonga-Hunga Ha’apai le 15 janvier 2022. Le panache de cendre et de gaz s’est élevé à environ 16,7 km au-dessus du niveau de la mer, selon le VAAC de Wellington. Il s’est étendu de manière concentrique sur une distance d’environ 130 km par rapport au volcan, créant un panache de 260 km de diamètre. Selon le service géologique des Tonga, l’éruption a duré plus de 12 heures. C’est la plus importante observée depuis décembre 2021.

Source: Tonga Services

Tsunami.

Des vagues de tsunami de 83 cm ont été observées par des jauges à Nuku’alofa et des vagues de 60 cm ont été enregistrées à Pago Pago, la capitale des Samoa américaines. Une alerte tsunami a été émise pour toutes les îles des Tonga; il a été conseillé aux habitants de s’éloigner de la côte. Le tsunami a détruit des villages et coupé les communications dans l’archipel des Tonga et ses 105 000 habitants. Trois personnes ont été tuées. Ce bilan est faible car la population est bien préparée pour faire face à un tsunami. Les habitants sont même probablement parmi les mieux préparés pour affronter les catastrophes naturelles, avec des années d’exercices tsunami: C’est pourquoi de nombreuses personnes ont su se réfugier sur des endroits plus élevés.

La vague de tsunami a provoqué une marée noire au Pérou lorsqu’un pétrolier battant pavillon italien a déversé 6 000 barils de pétrole dans l’océan Pacifique, près de la raffinerie de La Pampilla dans la banlieue de Lima. Le pétrolier déchargeait sa cargaison à La Pampilla lorsque la connexion entre le navire et le terminal s’est rompue.

Une particularité de la vague de tsunami est sa hauteur. D’après une étude récente publiée dans la revue Ocean Engineering, elle aurait atteint une hauteur de 90 mètres à son point de départ, soit environ neuf fois la hauteur du tsunami qui a frappé les côtes du Japon le 11 mars 2011, avec à la clé la catastrophe à la centrale nucléaire de Fukushima. Un autre puissant tsunami a également frappé le Chili en 1960. Que ce soit au Japon ou au Chili, la hauteur initiale de la vague a été estimée à une dizaine de mètres, autrement dit rien en comparaison de celle générée lors de l’éruption du Hunga Tonga-Hunga Ha’apai.

Les tsunamis de 2011 et 1960 ont pourtant été bien plus dévastateurs et meurtriers. Plus de 18.000 personnes ont péri en 2011, alors que le tsunami du Hunga Tonga n’a causé la disparition que de quelques personnes. Les scientifiques prennent en compte plusieurs paramètres pour expliquer cette différence de bilan. Il y a la distance entre la source du tsunami et les terres, la morphologie du plancher océanique et du littoral, mais également d’autres facteurs, comme la fusion de plusieurs vagues, comme cela semble s’être produit en 2011. À l’approche des côtes, une vague de tsunami peut ainsi être soit être atténuée, ou bien amplifiée. Le volcan Hunga Tonga est situé à environ 70 kilomètres des îles Tonga. C’est probablement cette distance qui a permis d’éviter le pire.

Source : USGS

Onde de choc.

L’onde de choc générée par l’éruption a parcouru plusieurs milliers de kilomètres, a été observée depuis l’espace et enregistrée en Nouvelle-Zélande à environ 2000 km. Elle s’est déplacée à plus de 300 mètres par seconde et était si puissante qu’elle a fait résonner l’atmosphère comme le fait une cloche. C’est l’onde de choc la plus puissante depuis l’éruption du Krakatau (Indonésie) en 1883. Grâce au transfert de cette énergie de l’atmosphère vers l’océan, l’onde de choc a amplifié les vagues océaniques dans le monde entier, les a repoussées plus loin et a accéléré leur vitesse de déplacement, un phénomène pour lequel les centres d’alerte aux tsunamis se sont pas équipés. Les modèles de prévision et les systèmes d’alerte, conçus principalement pour évaluer les vagues déclenchées par les séismes conventionnels, ont été déconcertés par l’événement des Tonga et ont donc commis des erreurs.

Effets de l’éruption Source : NASA

Perturbations atmosphériques.

Plusieurs études ont indiqué que l’éruption du volcan Hunga Tonga-Hunga Ha’apai a provoqué des perturbations à grande échelle dans l’atmosphère terrestre. En utilisant les données enregistrées par plus de 5 000 récepteurs GNSS – Global Navigation Satellite System – situés à travers le monde, les scientifiques de l’Observatoire Haystack du Massachusetts Institute of Technology (MIT) et leurs collègues de l’Université arctique de Norvège ont observé des preuves d’ondes atmosphériques générées par les éruptions et de leurs empreintes ionosphériques à 300 kilomètres au-dessus de la surface de la Terre, et cela pendant une longue période. Ces ondes atmosphériques ont été actives pendant au moins quatre jours après l’éruption et ont fait trois fois le tour du globe. Les perturbations ionosphériques sont passées au-dessus des États-Unis six fois, d’abord d’ouest en est, puis en sens inverse. Cette éruption a été extraordinairement puissante et a libéré une énergie équivalente à 1 000 bombes atomiques de Hiroshima.
Une autre étude, menée par des chercheurs du MIT Haystack Observatory et de l’Arctic University of Norway, a été publiée le 23 mars 2022 dans la revue Frontiers in Astronomy and Space Sciences. Les auteurs pensent que les perturbations atmosphériques sont un effet des ondes de Lamb ; ces ondes, ainsi appelées d’après le mathématicien Horace Lamb, se déplacent à la vitesse du son sans grande réduction de leur amplitude. Bien qu’elles soient principalement situées près de la surface de la Terre, ces ondes peuvent échanger de l’énergie avec l’ionosphère de manière complexe. La nouvelle étude précise que « la présence dominante des ondes de Lamb a déjà été signalée lors de l’éruption du Krakatau en 1883 et à d’autres occasions. L’étude fournit pour la première fois une preuve substantielle de leurs empreintes de longue durée dans l’ionosphère à l’échelle de la planète. »

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The eruption of January 15, 2022.
A powerful eruption took place again on the Hunga Tonga-Hunga Ha’apai volcano on January 15th, 2022. The plume of ash and gas rose about 16.7 km above sea level, according to the Wellington VAAC. It extended concentrically over a distance of about 130 km from the volcano, creating a plume 260 km in diameter. According to the Tonga Geological Survey, the eruption lasted more than 12 hours. This was the largest eruption since December 2021.

A tsunami.
Tsunami waves of 83 cm were observed by gauges in Nuku’alofa and waves of 60 cm were recorded in Pago Pago, the capital of American Samoa. A tsunami warning was issued for all islands in Tonga; locals were advised to move away from the coast. The tsunami destroyed villages and cut communications in the Tonga archipelago and its 105,000 inhabitants. Three people were killed. This death toll is low because the population is well prepared to face a tsunami. The inhabitants are even probably among the best prepared to face natural disasters, with years of tsunami exercises: This is why many people knew how to take refuge on higher places.
The tsunami wave caused an oil spill in Peru when an Italian-flagged tanker spilled 6,000 barrels of oil into the Pacific Ocean near the La Pampilla refinery on the outskirts of Lima. The tanker was unloading its cargo at La Pampilla when the connection between the ship and the terminal broke.
A peculiarity of the tsunami wave was its height. According to a recent study published in the journal Ocean Engineering, it probably reached a height of 90 meters at its starting point, approximately nine times the height of the tsunami which hit the coasts of Japan on March 11th, 2011, with the disaster at the Fukushima nuclear plant. Another powerful tsunami also hit Chile in 1960. Whether in Japan or Chile, the initial height of the wave was estimated at ten meters, in other words nothing compared to that generated during the eruption of the Hunga Tonga-Hunga Ha’apai.
The 2011 and 1960 tsunamis, however, were far more devastating and deadly. More than 18,000 people died in 2011, while the Hunga Tonga tsunami caused the deaths of only a few people. Scientists take into account several parameters to explain this difference. There is the distance between the source of the tsunami and the land, the morphology of the ocean floor and the coastline, but also other factors, such as the merger of several waves, as seems to have happened in 2011. Approaching the coast, a tsunami wave can thus either be attenuated or amplified. The Hunga Tonga volcano is located about 70 kilometers from the Tonga Islands. It is probably this distance that made it possible to avoid the worst.

A shock wave.
The shock wave generated by the eruption traveled several thousand kilometres, was observed from space and recorded in New Zealand around 2000 km away. It moved at over 300 meters per second and was so powerful that it rang the atmosphere like a bell. It was the most powerful shock wave since the eruption of Krakatau (Indonesia) in 1883. Thanks to the transfer of this energy from the atmosphere to the ocean, the shock wave amplified the ocean waves in the world, pushed them further and accelerated their speed, a phenomenon for which the tsunami warning centers are not equipped. Prediction models and warning systems, designed primarily to assess waves triggered by conventional earthquakes, were confused by the Tonga event and therefore made mistakes.

Atmospheric disturbances.
Several studies have indicated that the eruption of the Hunga Tonga-Hunga Ha’apai volcano caused large-scale disturbances in the Earth’s atmosphere. Using data recorded by more than 5,000 GNSS – Global Navigation Satellite System – receivers located around the world, scientists from the Haystack Observatory at the Massachusetts Institute of Technology (MIT) and their colleagues from the Arctic University of Norway have observed evidence of atmospheric waves generated by eruptions and their ionospheric footprints 300 kilometers above the Earth’s surface, and this for a long time. These atmospheric waves were active for at least four days after the eruption and circled the globe three times. Ionospheric disturbances passed over the United States six times, first from west to east, then in the opposite direction. This eruption was extraordinarily powerful and released energy equivalent to 1,000 Hiroshima atomic bombs.
Another study, conducted by researchers at MIT Haystack Observatory and the Arctic University of Norway, was published on March 23rd, 2022 in the journal Frontiers in Astronomy and Space Sciences. The authors believe that atmospheric disturbances are an effect of Lamb waves; these waves, so called after the mathematician Horace Lamb, travel at the speed of sound without much reduction in their amplitude. Although mostly located near the Earth’s surface, these waves can exchange energy with the ionosphere in complex ways. The new study states that « the dominant presence of Lamb waves was already reported during the eruption of Krakatau in 1883 and on other occasions. The study provides for the first time substantial evidence of their long-lasting footprints in the ionosphere on a planetary scale. »

Hunga Tonga-Hunga Ha’apai : l’éruption de tous les records (1ère partie)  // The eruption of all records (part 1)

Pour comprendre ce qui s’est passé le 15 janvier 2022, il est intéressant d’observer la situation au cours des semaines précédentes.

Fin décembre 2014, un volcan sous-marin est entré en éruption dans le Pacifique sud, dans le Royaume des Tonga, avec des panaches de vapeur et de cendre, ainsi que des projections de matériaux. Les panaches de cendre sont montés jusqu’à 9 kilomètres dans le ciel, occasionnant des perturbations au trafic aérien. Quand la cendre a finalement cessé de retomber en janvier 2015, la nouvelle île – qui culminait à 120 mètres de hauteur – était bien installée entre deux îles plus anciennes, et les trois édifices purent être observés par les satellites.

Crédit photo : Woods Hole Oceanographic Institution

On pensait généralement que la nouvelle île, baptisée Hunga Tonga-Hunga Ha’apai, ne subsisterait que quelques mois, tandis qu’une étude de la NASA lui prévoyait une durée de vie de 6 à 30 ans.
Hunga Tonga-Hunga Ha’apai était la première île de ce type à sortir de l’océan et à persister depuis le début des observations satellitaires. C’était la troisième île volcanique « surtseyenne » à avoir émergé et persisté pendant plus de quelques mois au cours des 150 dernières années. (Surtsey a commencé à se former au cours d’une éruption explosive similaire au large des côtes islandaises en 1963.)


Vue de Hunga Tonga-Hunga Ha’apai en juin 2017 (Crédit photo: NASA)

Au cours des six premiers mois qui ont suivi l’éruption de décembre 2014, la nouvelle île était de forme relativement ovale et rattachée à l’île voisine à l’ouest. Cependant, en avril 2015, l’analyse des images satellitaires a révélé que sa forme avait radicalement changé. En mai, le rebord sud-est de la paroi interne du cratère a été emporté par les vagues du Pacifique, exposant le lac de cratère aux assauts de l’océan. À ce stade, les scientifiques de la NASA ont pensé que ce pourrait être la mort de l’île. Ce ne fut pas le cas car en juin l’imagerie satellitaire a montré qu’une barre de sable s’était formée et fermait le cratère. L’île continua à évoluer et devint plus stable à la fin de l’année 2016. Lorsque les scientifiques ont cartographié le plancher océanique en 2016, ils ont découvert une caldeira qui se cachait à 150 mètres de profondeur sous la surface de la mer. La caldeira mesurait environ 5 km de diamètre.

Source : The Conversation

Une nouvelle éruption a débuté le 19 décembre 2021 à Hunga Tonga-Hunga Ha’apai, avec un panache de vapeur s’élevant jusqu’à 6 km d’altitude. L’éruption a baissé d’intensité au cours des premiers jours de janvier 2022. Plusieurs épisodes surtseyens pouvant durer jusqu’à 30 minutes se sont produits au cours des derniers jours de décembre 2021 avec des panaches de gaz, de vapeur et de cendres s’élevant parfois à 12 km d’altitude. Une décoloration de l’eau ainsi que des bancs de pierre ponce étaient visibles autour de l’île le 30 décembre et avaient déjà été observés depuis le début de l’éruption.

La naissance de l’île avait été très spectaculaire, avec de superbes cypressoïdes typiques des éruptions phréato-magmatiques. (Crédit photo : USGS)

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To understand what happened on January 15th, 2022, it is interesting to observe the situation during the prededing weeks.

At the end of December 2014, an underwater volcano erupted in the South Pacific, in the Kingdom of Tonga, with steam and ash plumes, as well as projections of material. Ash plumes rose up to 9 kilometers into the sky, causing disruption to air traffic. When the ash finally stopped falling in January 2015, the new island – which peaked at 120 meters in height – was well established between two older islands, and the three edifices could be observed by satellites.

The new island, dubbed Hunga Tonga-Hunga Ha’apai, was widely thought to last only a few months, while a NASA study predicted a lifespan of 6 to 30 years.
Hunga Tonga-Hunga Ha’apai was the first such island to emerge from the ocean and persist since satellite observations began. It was the third « Surtseyan » volcanic island to have emerged and persisted for more than a few months in the past 150 years. (Surtsey began to form during a similar explosive eruption off the coast of Iceland in 1963.)

During the first six months after the December 2014 eruption, the new island was relatively oval in shape and attached to the neighboring island to the west. However, in April 2015, analysis of satellite images revealed that its shape had changed dramatically. In May, the southeast rim of the inner crater wall was washed away by Pacific waves, exposing the crater lake to the assault of the ocean. At this point, NASA scientists thought it might be the death of the island. This was not the case because in June satellite imagery showed that a sandbar had formed and was closing the crater. The island continued to evolve and became more stable at the end of 2016. When scientists mapped the ocean floor in 2016, they discovered a caldera that lurked 150 meters deep below the sea surface. The caldera was about 5 km in diameter.

An eruption began on December 19th, 2021 at Hunga Tonga-Hunga Ha’apai, with a steam plume rising up to 6 km a.s.l. The eruption decreased in intensity during the first days of January 2022. Several Surtseyan episodes lasting up to 30 minutes occurred during the last days of December 2021 with plumes of gas, steam and ash sometimes rising to 12 km altitude. Discoloration of the water as well as pumice rafts were visible around the island on December 30th and had already been observed since the start of the eruption.