Catégorie : Science

L’éruption du Hunga Tonga-Hunga Ha’apai : un record d’éclairs // A record of lightning strikes

L’éruption du volcan sous-marin Hunga Tonga-Hunga Ha’apai en 2022 appartient au monde des superlatifs et des records. Elle a généré la plus puissante explosion atmosphérique jamais enregistrée. Elle a également produit un nombre record d’éclairs au cours d’un orage électrique qui a duré 11 heures et s’est étendu sur 240 kilomètres.
Dans une note publiée le 26 janvier 2023, j’écrivais que pour étudier les éclairs qui ont accompagné l’éruption, les scientifiques ont utilisé les données de GLD360, un réseau de détection de la foudre au sol. Ces données ont révélé que, sur les quelque 590 000 éclairs détectés pendant l’éruption, environ 400 000 se sont produits dans les six heures qui ont suivi la puissante explosion du 15 janvier.
Avant l’éruption du Hunga Tonga-Hunga Ha’apai, le plus grand événement de foudre volcanique s’est produit en Indonésie en 2018, lorsque l’Anak Krakatau est entré en éruption et a généré environ 340 000 éclairs en une semaine. Environ 56 % des éclairs produits par l’éruption des Tonga ont frappé la terre ou la surface de l’océan, et plus de 1 300 impacts ont été enregistrés sur Tongatapu, l’île principale des Tonga.
Une nouvelle étude publiée le 19 juin 2023 dans la revue Geophysical Research Letters nous donne plus de détails sur cet aspect de l’éruption. Nous apprenons que l’orage électrique a eu lieu à une altitude sans précédent de 20 à 30 kilomètres.
L’imagerie satellite montre que les éclairs n’étaient pas répartis au hasard dans le panache éruptif, mais qu’ils se produisaient en plusieurs anneaux concentriques qui semblaient liés à chaque phase explosive du volcan. En s’élevant, le panache a pris la forme d’un pin parasol. Ce phénomène a imprimé au nuage un mouvement vertical si important que l’onde a couvert 10 kilomètres en verticalité. Cette onde de pression oscillante, également connue sous le nom d’onde de gravité, est à l’origine de la foudre.
Les éclairs ont pu se former de deux manières différentes au sein de cette onde de gravité en forme d’anneau. L’éruption du Hunga Tonga s’étant déroulée sous l’eau, elle a injecté beaucoup d’eau dans l’atmosphère terrestre et les cristaux de glace qui en ont résulté ont adopté des charges positives et négatives. En outre, une partie des cendres volcaniques, formées de roches fragmentées et de magma projetées dans l’air par l’éruption, ont également été ionisées, ce qui a donné naissance à de nouvelles zones de charge positive et négative.
Si des anneaux de foudre ont déjà été observés dans des panaches volcaniques, l’éruption du Hunga Tonga a été la première à montrer des anneaux multiples (on en a compté quatre) et la foudre a glissé sur les ondulations des anneaux, comme un surfeur sur les vagues de l’océan.

Les anneaux de foudre sont également appelés « trous de foudre », car à l’intérieur de l’anneau, il n’y a généralement pas d’éclairs. L’éruption du Hunga Tonga est toutefois différente : les trous ont commencé à se remplir d’éclairs dans les minutes qui ont suivi le passage de l’onde de gravité. Le mécanisme à l’origine de ce remplissage n’a pas encore été élucidé par les chercheurs.
Outre le fait de battre des records, l’éruption du Hunga Tonga est susceptible de nous renseigner sur le volcanisme sur la Terre primitive, voire sur d’autres corps célestes. L’éruption est de type phréatoplinien, autrement dit elle se produit lorsqu’une énorme quantité de roche en fusion jaillit à travers une épaisse couche d’eau.
L’éruption pourrait aider à comprendre comment la foudre se déclenche sur d’autres planètes, telles que Vénus, ou d’autres corps planétaires qui ne sont pas le cadre de la foudre traditionnelle.
Source : Space.com.

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The 2022 Hunga Tonga-Hunga Ha’apai volcanic eruption belongs to the world of superlatives. It produced the most powerful atmospheric explosion ever recorded. It also generated a record number of lightning strikes in a thunderstorm that lasted 11 hours and spread across 240 kilometers.

In a post released on January 26th, 2023, I wrote that to study the lightning that accompanied the eruption, the scientists used data from GLD360, a ground-based lightning detection network. This data revealed that, of the approximately 590,000 lightning strikes detected during the eruption, around 400,000 occurred within six hours that followed the powerful January 15th explosion.
Prior to the Hunga Tonga-Hunga Ha’apai eruption, the largest volcanic lightning event occurred in Indonesia in 2018, when Anak Krakatau erupted and generated around 340,000 lightning strikes in a week. About 56% of the lightning produced by the Tonga eruption struck the land or ocean surface, and more than 1,300 strikes were recorded on Tongatapu, the main island of Tonga.

A new research published on June 19th, 2023 in the journal Geophysical Research Letters gives us more details about tat aspect of the eruption. We learn that the lightning storm took place at an unprecedented altitude of between 20 and 30 kilometers.

The satellite imagery shows that the lightning was not randomly spread across the plume but rather occurred in several concentric rings that seemed to be linked to each explosive outburst from the volcano. As the plume rose upward, it formed an « umbrella cloud. » This imparted a vertical motion into the cloud so huge that the wave, moving outward from the center of the plume, was 10 vertical kilometers from crest to trough. This oscillating pressure wave, also known as a gravity wave, was the source of the lightning.

There are two ways the lightning may have formed within this ring-shaped gravity wave. Since the Hunga Tonga eruption took place underwater, it injected lots of water into Earth’s atmosphere, the resulting ice crystals adopting positive and negative charges. In addition, some of the volcanic ash that was formed of fragmented rock and magma blown into the air by the eruption also become ionized, leading to more areas of positive and negative charge. It is the gradient in electrical charge that sets off sudden sparks of lightning.

While lightning rings have been seen in volcanic plumes before, the Hunga Tonga eruption was the first time multiple rings (four of them) had been seen and the lightning rode the rippling rings like a surfer on ocean waves.

Lightning rings are also termed « lightning holes, » because inside the ring there usually is no lightning. However, the Hunga Tonga eruption was different: because the holes started filling with lightning within minutes of the gravity wave rippling by. The mechanism that prompted this infilling remains unclear.

Besides breaking records in the present day, the Hunga Tonga eruption could also teach us about volcanism on the early Earth, and even potentially on other celestial bodies. The eruption is a type referred to as phreatoplinian. It occurs when a huge amount of molten rock erupts through a thick layer of water.

The eruption could also have implications for the way that lightning gets going on other planets, such as Venus, or other planetary bodies that do not support traditional lightning.

Source : Space.com.

Source: NASA

Jean-Louis Etienne : entre « Persévérance «  et « Polar Pod »

Le 16 mars 2021, j’écrivais une note sur ce blog à propos du « Polar Pod« , une expédition autour du continent antarctique, imaginée par le médecin et explorateur Jean-Louis Etienne. Le projet initial prévoyait une mise en œuvre à partir de 2015 mais des retards sont intervenus. En 2017, à l’occasion d’une rencontre avec Jean-Louis Etienne, à laquelle participait également Laurent Ballesta, l’explorateur nous avait fait part des retards probables au niveau du financement du projet. Par la suite, le lancement du projet a été prévu en 2023. Aujourd’hui, on parle plutôt de 2025.

Le Polar Pod est un grand flotteur vertical de 100 mètres de haut dont 80 sont immergés pour plus de stabilité, avec un poids total de 1000 tonnes. De chaque côté du flotteur sont arrimées deux passerelles sur lesquelles on peut mettre des voiles permettant d’infléchir légèrement la trajectoire de navigation..

Se laissant entraîner par le courant circumpolaire, le Polar Pod devrait réaliser deux tours de l’Antarctique.Trois marins et quatre ingénieurs seront mobilisés, et relayés en moyenne tous les deux mois. L’objectif de l’expédition est de recueillir des données sur le climat, la biodiversité et la pollution dans cette région du monde qui est un élément essentiel de la régulation du climat. Selon les scientifiques, les eaux froides autour de l’Antarctique absorbent 40 % des émissions de gaz carbonique d’origine anthropique. Il est également prévu de faire un inventaire de la faune locale par acoustique parce que le Polar Pod est un navire totalement silencieux.

Jean-Louis Etienne m’avait indiqué que la pédagogie serait présente dans le projet et qu’une communication avec les établissements scolaires serait mise en place.

En attendant la mise en route du Polar Pod, Jean-Louis Etienne a quitté Marseille le 15 juin 2023 à bord de son navire « Persévérance« , conçu pour naviguer dans les eaux polaires. Avec ses 42 mètres de long et 11 mètres de large, c’est un voilier robuste à la coque en aluminium. Sa véritable finalité sera de ravitailler en mer l’équipage du Polar Pod dans l’océan Austral autour de l’Antarctique.

D’ici 2025, le « Persévérance » va beaucoup naviguer et servir à faire des prélèvements dans l’océan pour les scientifiques du GIEC. À bord du navire, un laboratoire collectera des données dans les zones polaires, notamment au Groenland.

Le voilier servira aussi d’attraction touristique pour financer ce projet estimé à 18 millions d’euros. Si l’Etat s’occupe du financement du Polar Pod, Jean-Louis Etienne doit assurer celui de l’expédition. « Persévérance » a une capacité d’accueil de 12 personnes qui payent pour venir à bord et qui participent dans ce sens à l’économie du projet. La première croisière est prévue dès le 15 juin, avec un cap sur l’Arctique et l’île norvégienne du Spitzberg. Si vous êtes intéressé par ces croisières, rendez-vous sur ce lien : https://www.bateauperseverance.com/fr/

Source : France Info, Jean-Louis Etienne.

 

Source: Jean-Louis Etienne

Activité volcanique sous-marine dans les Iles Eoliennes // Underwater volcanic activity in the Aeolian Islands

Le numéro de juin 2023 du National Geographic France consacre un chapitre à l’activité volcanique sous-marine au large de la Sicile, en particulier dans les Iles Eoliennes. Ces sept îles sont d’origine volcanique et deux volcans, la Fossa di Vulcano et le Stromboli, sont toujours actifs. L’accès au sommet du Vulcano est très réglementé et il est carrément interdit à Stromboli. A Vulcano, il suffit de s’avancer un peu dans la mer pour voir des bouillonnements dignes d’un jacuzzi. L’eau de mer est brassée par les gaz volcaniques et nous rappelle que cette zone de l’archipel est bien active. Au large de l’île de Panarea émerge l’îlot de Basiluzzo. Les fonds marins à proximité regorgent de bulles de gaz.

Une mission d’exploration « UNESCO – 1 Océan » a été menée dans les îles Eoliennes en 2022, dans le but d’améliorer nos connaissances sur les volcans sous-marins et le risque de tsunamis en Méditerranée. La mission a rapporté des images exceptionnelles.
L’archipel des Éoliennes est un site du patrimoine mondial de l’UNESCO connu pour son intense activité volcanique. Le 13 mai 2022, le Stromboli a connu une nouvelle explosion majeure qui a généré un épais nuage de cendres et des glissements de terrain qui ont atteint la mer.
Cette éruption de surface était très visible, mais la majeure partie de l’activité volcanique mondiale est cachée à notre vue. Plus d’un million de volcans se trouvent sous l’eau et ils génèrent 80% de l’activité volcanique mondiale.
Dans le cadre de la Décennie des sciences océaniques (2021-2030), coordonnée par l’UNESCO, la mission d’exploration sous-marine « UNESCO – 1 Océan » s’est déroulée début juin 2022 non loin de Stromboli, au large de l’île de Panarea.
Les images tournées par Alexis Rosenfeld et le cinéaste italien Roberto Rinaldi nous emmènent au plus profond du cratère sous-marin de Panarea et le long du bord de la caldeira. A quelques mètres de profondeur seulement, des émissions permanentes de gaz, provenant directement de la chambre magmatique du volcan, s’échappent des entrailles de la Terre pour former d’impressionnants rideaux de bulles. Certains secteurs émettent plus d’un million de litres de gaz par jour.
A plus de soixante-dix mètres sous la surface, les plongeurs ont découvert un site exceptionnel : « The Smoking Land ». Il se compose d’une multitude de bouches hydrothermales qui expulsent des fluides acides à haute température.
Ces phénomènes sont surveillés quotidiennement par l’équipe du professeur Francesco Italiano, chef de la section de Palerme de l’INGV, que je salue ici. En effet, ils peuvent représenter un risque pour la population. Ces dernières années, les scientifiques ont noté une « instabilité » dans le comportement des volcans, avec la nécessité de recherches plus approfondies. Ils pensent qu’un « événement majeur » est possible. Francesco Italiano a déclaré : « Nous estimons que, selon un cycle naturel, il y a une éruption majeure dans cette zone tous les 70 ans. La dernière a eu lieu à la fin des années 1930. [En cas d’éruption] un des risques est le déclenchement d’un tsunami. Il pourrait toucher les îles en quelques minutes, ce qui signifie que nous devons réagir très rapidement. »
Source : UNESCO.

Voir aussi ma note du 4 mars 2018 intitulée « Les bouches hydrothermales de Basiluzzo. »

https://claudegrandpeyvolcansetglaciers.com/2018/03/04/les-bouches-hydrothermales-de-basiluzzo-iles-eoliennes-sicile-the-hydrothermal-vents-of-basiluzzo-aeolian-islands-sicily/

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The June 2023 issue of National Geographic France devotes a chapter to the underwater volcanic activity off Sicily, in particular in the Aeolian Islands. These seven islands are of volcanic origin and two volcanoes, La Fossa di Vulcano and Stromboli, are still active. Access to the summit of Vulcano is strictly regulated and it is completely forbidden at Stromboli. At Vulcano, you just have to walk into the sea to see bubblings worthy of a jacuzzi. The sea water is brewed by volcanic gases and reminds us that this area of the archipelago is very active. Off the island of Panarea emerges the islet of Basiluzzo. The nearby seabed is full of gas bubbles.

A « UNESCO – 1 Ocean » exploration mission was carried out in the Aeolian Islands in 2022, with the goal of improving our knowledge of underwater volcanoes and the risk of tsunamis in the Mediterranean. The mission has brought back exceptional images.

The Aeolian Islands archipelago is a UNESCO World Heritage Site known for its intense volcanic activity. On May 13th, 2022, the Stromboli volcano experienced another major explosion that generated a thick cloud of smoke and landslides that reached the sea.

While this surface eruption was highly visible, most of the world’s volcanic activity is actually hidden from view. More than a million volcanoes are underwater, generating 80% of the world’s volcanic activity.

As part of the Decade for Ocean Science (2021-2030), coordinated by UNESCO, a « UNESCO – 1 Ocean » exploration mission conducted an underwater exploratory mission in early June 2022 not far from Stromboli, off the island of Panarea.

The images shot by Alexis Rosenfeld and Italian filmmaker Roberto Rinaldi take us deep into the Panarea underwater crater and along the rim of the caldera. At a depth of only a few metres, permanent gas eruptions, coming directly from the volcano’s magma chamber, escape from the bowels of the Earth to form impressive curtains of bubbles. Some areas release more than a million litres of gas a day.

Much deeper, more than seventy metres below the surface, an exceptional site has been discovered: The Smoking Land. It consists of a multitude of hydrothermal vents that expel acidic fluids at high temperatures.

These phenomena are monitored daily by the team of Professor Francesco Italiano, head of the Palermo section of the National Institute of Geophysics and Volcanology (INGV), because they can represent a risk for the population. In recent years, scientists have noted an « instability » in the behaviour of volcanoes that requires further research. They believe that a « major event » is possible. Francesco Italiano has declared: «  We estimate that, according to a natural cycle, there is a major explosion in this area every 70 years. The last one took place at the end of the 1930s. [In the event of an explosion] one of the risks is the formation of a tsunami. It could hit the islands in a few minutes, which means that we have to react very quickly. »

Source : UNESCO/

See my post of March 4th, 2018 : « The hydrothermal vents of Basiluzzo. »

https://claudegrandpeyvolcansetglaciers.com/2018/03/04/les-bouches-hydrothermales-de-basiluzzo-iles-eoliennes-sicile-the-hydrothermal-vents-of-basiluzzo-aeolian-islands-sicily/

 

Bouillonnements et décoloration de l’eau de mer à Vulcano

Vue de Basiluzzo depuis Panarea (Photo: C. Grandpey)

Vue d’une cheminée hydrothermale (Image extraite de la vidéo)

L’éruption du Hunga Tonga-Hunga Ha’apai a perturbé l’ionosphère // The Hunga Tonga-Hunga Ha’apai eruption disturbed the ionosphere

L’éruption du Hunga Tonga-Hunga Ha’apai, le volcan sous-marin des Tonga, en janvier 2022, est exceptionnelle et représente un trésor pour les scientifiques qui ne cessent de faire de nouvelles découvertes.Ils ont déjà publié une analyse qui montre que cette éruption a généré le plus haut panache volcanique de tous les temps (57 km), avec pénétration de la stratopause, la limite supérieure de la stratosphère.
Aujourd’hui, une équipe internationale de chercheurs a découvert que l’éruption a perturbé les signaux satellites à grande échelle. Les scientifiques ont utilisé des observations ionosphériques satellitaires et terrestres pour montrer qu’une onde de pression atmosphérique déclenchée par une éruption volcanique est capable de produire une bulle de plasma équatoriale (EPB) dans l’ionosphère, avec de fortes perturbations causées aux communications par satellite. Les résultats de ces travaux ont été publiés dans la revue Scientific Reports.
L’ionosphère s’étend d’une altitude d’environ 80 à 1 000 km. C’est la région de la haute atmosphère terrestre où les molécules et les atomes sont ionisés par le rayonnement solaire, ce qui donne naissance à des ions chargés positivement. La zone avec la plus forte concentration de particules ionisées, la région F – 150 à 800 km de la surface de la Terre – joue un rôle crucial dans les communications radio longue distance car elle réfléchit et réfracte les ondes radio utilisées par les systèmes de suivi par satellite et GPS vers la surface de la Terre. Cependant, des trous peuvent se former dans cette région F, créant une structure en forme de bulle appelée EPB (Equatorial Plasma Bubble) qui peut retarder les ondes radio. et dégrader les performances du GPS.
L’équipe de chercheurs, qui comprenait principalement des scientifiques japonais collaborant avec diverses institutions, a utilisé le satellite Arase pour détecter les survenues d’EPB, le satellite Himawari-8 pour vérifier l’arrivée initiale des ondes de pression atmosphérique, et des observations ionosphériques au sol pour suivre les mouvements de l’ionosphère.
Ces scientifiques ont observé une structure irrégulière de la densité électronique au niveau de l’équateur après l’arrivée des ondes de pression générées par l’éruption volcanique. Ils ont également fait une découverte surprenante. Pour la première fois, ils ont montré que les fluctuations ionosphériques commencent quelques minutes à quelques heures plus tôt que les ondes de pression atmosphérique impliquées dans la génération des bulles de plasma. Cela signifie que le modèle du couplage géosphère-atmosphère-cosmosphère qui existait jusqu’à présent et qui stipulait que les perturbations ionosphériques ne se produisent qu’après l’éruption, doit être révisé.
De plus, les chercheurs ont constaté que l’EPB s’étend beaucoup plus loin que prévu par les modèles classiques. Cette découverte montre qu’il y a intérêt à prêter attention au lien entre l’ionosphère et la cosmosphère lorsque des phénomènes naturels extrêmes, tels que l’éruption du Hunga Tonga-Hunga Ha’apai, se produisent.
Les résultats de ces recherches présentent un intérêt du point de vue scientifique, mais aussi du point de vue de la météo spatiale et de la prévention des catastrophes.
Source : The Watchers, un excellent site qui publie des articles et des informations en relation avec la science et l’environnement.

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The eruption of Hunga Tonga-Hunga Ha’apai, the underwater volcano in Tonga, in January 2022 was exceptional and a treasure for scientsists who keep making new discoveries. For instance, they have already an analysis that showed this eruption created the highest volcanic cloud ever recorded. For the first time, a volcanic plume has been seen to penetrate the stratopause, the upper limit of the stratosphere.

This time, an international team found that the eruption disrupted satellite signals. The researchers used both satellite and ground-based ionospheric observations to show that an air pressure wave triggered by the volcanic eruptions could produce an equatorial plasma bubble (EPB) in the ionosphere, severely disrupting satellite-based communications. The findings were published in the journal Scientific Reports.

The ionosphere is the region of the Earth’s upper atmosphere where molecules and atoms are ionized by solar radiation, creating positively charged ions. The area with the highest concentration of ionized particles, the F-region, plays a crucial role in long-distance radio communication, reflecting and refracting radio waves used by satellite and GPS tracking systems back to the Earth’s surface. However, irregularities in the F-region, such as the movement of plasma, electric fields, and neutral winds, can cause the formation of a localized irregularity of enhanced plasma density, creating a bubble-like structure called an EPB that can delay radio waves and degrade the performance of GPS.

The team, that mainly included Japanese scientists in collaboration with various institutions, used the Arase satellite to detect EPB occurrences, the Himawari-8 satellite to check the initial arrival of air pressure waves, and ground-based ionospheric observations to track the motion of the ionosphere.

They observed an irregular structure of the electron density across the equator that occurred after the arrival of pressure waves generated by the volcanic eruption.

The group also made a surprising discovery. For the first time, they showed that ionospheric fluctuations start a few minutes to a few hours earlier than the atmospheric pressure waves involved in the generation of plasma bubbles. This suggests that the long-held model of geosphere-atmosphere-cosmosphere coupling, which states that ionospheric disturbances only happen after the eruption, needs revision.

Furthermore, the researchers found that the EPB extended much further than predicted by the standard models. This discovery suggests that we should pay attention to the connection between the ionosphere and the cosmosphere when extreme natural phenomena, such as the Tonga event, occur.

The results of this research are significant not only from a scientific point of view but also from the point of view of space weather and disaster prevention.

Source : The Watchers, an excellent website that releases articles and information linked to science and the environment.

Hunga Tonga-Hunga Ha’apai, l’éruption de tous les superlatifs (Source: NASA)