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Eruption du Hunga Tonga-Hunga Ha’apai : un tsunami record // A record tsunami

Selon une étude récente publiée en avril 2023 dans la revue Science Advances, l’éruption sous-marine dans l’archipel des Tonga le 15 janvier 2022 a délivré une puissance digne de la plus grosse bombe nucléaire américaine et a généré un « méga-tsunami » avec une vague qui a atteint « presque de la hauteur d’un gratte-ciel de 30 étages. »
Le 15 janvier 2022, le Hunga Tonga-Hunga Ha’apai (HTHH) est entré en éruption avec une très violente explosion qui a battu tous les records dans différents domaines (voir mes notes précédentes sur cet événement). Par exemple, l’éruption a généré le panache volcanique le plus fantastique jamais enregistré, avec une hauteur de 57 kilomètres. L’explosion a déclenché des tsunamis jusqu’aux Caraïbes, ainsi que des ondes atmosphériques qui ont fait plusieurs fois le tour de la Terre.
Pour déterminer la force de l’éruption, les scientifiques ont collecté des images satellites optiques et radar avant et après l’événement, des cartes de drones et des observations sur le terrain pour générer une simulation informatique de la catastrophe. Ils ont découvert que l’explosion a probablement été aussi puissante que 15 mégatonnes de TNT, ce qui la met pratiquement au niveau de la plus grande détonation nucléaire des États-Unis, à Castle Bravo, en 1954. L’étude précise aussi que c’est « la plus grande explosion naturelle en plus d’un siècle. »
L’éruption a déclenché au moins cinq explosions, générant un tsunami jusqu’à 85 mètres de haut une minute après la plus forte d’entre elles. Les vagues ont atteint 45 mètres sur l’île tongienne de Tofua et 17 mètres sur Tongatapu. Les données recueillies par les chercheurs prouvent que les ondes générées par l’explosion placent Hunga Tonga-Hunga Ha’apai dans le club fermé des « méga-tsunamis ». Ils ont observé en temps réel à l’aide d’instruments modernes « un événement qui n’avait été reconnu que dans l’Antiquité.  »
Jusqu’à présent, l’étendue de l’éruption et ses conséquences avaient été difficiles à apprécier en raison de la rareté des instruments scientifiques à proximité du site de l’éruption. Les scientifiques ont découvert que la nature complexe et peu profonde du terrain sous-marin de la région a contribué à piéger les ondes à faible vitesse de l’éruption. Cela a permis de générer un méga-tsunami qui a duré plus d’une heure. Un co-auteur de l’étude a déclaré : « Nous montrons comment les éruptions volcaniques sous-marines peuvent générer un tsunami de grande ampleur. Une série de petites explosions a précédé l’arrivée de la grande, qui a généré le tsunami le plus puissant. »
Les scientifiques ont déclaré que la force de l’éruption de 2022 rivalisait avec celle de l’éruption de 1883 du Krakatau qui a tué plus de 36 000 personnes. En revanche, l’éruption de 2022 n’a tué que six personnes.
La nouvelle étude explique que le faible nombre de morts témoigne de l’efficacité des exercices de sécurité et des efforts de sensibilisation menés aux Tonga dans les années qui ont précédé l’éruption. L’emplacement relativement éloigné des centres urbains a également mis à l’abri les Tonga d’un désastre humain.
Les simulations informatiques ont révélé que les récifs coralliens qui bordent les Tonga ont atténué l’effet des vagues qui se sont finalement dirigées vers le rivage. Cette découverte laisse supposer que ces récifs ont subi des dégâts importants. Cependant, des études archéologiques montrent que les récifs coralliens étaient à nouveau en bonne santé après un tsunami majeur au milieu du 15ème siècle avec des vagues atteignant jusqu’à 30 mètres de hauteur.
Dans sa conclusion, l’étude indique que les recherches futures doivent se concentrer sur la meilleure façon de placer des capteurs pour enregistrer les données des volcans sous-marins et des côtes des îles vulnérables. Ce sera « un moyen efficace de surveillance des volcans sous-marins ».
Source : Yahoo Actualités, Live Science.

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According to a recent study published in April 2023 in the journal Science Advances, the Tonga underwater volcanic eruption rivaled the strength of the largest U.S. nuclear bomb and produced a « mega-tsunami » nearly the height of a 30-story skyscraper.

On January 15th, 2022, the Hunga Tonga-Hunga Ha’apai (HTHH) submarine volcano erupted with a violent explosion which broke all records in different fields (see my previous posts about this event). For instance, the eruption generated the highest-ever recorded volcanic plume, which reached 57 kilometers. The outburst triggered tsunamis as far away as the Caribbean, as well as atmospheric waves that traveled around the globe several times.

To determine the strength of the eruption, scientists collected before-and-after satellite optical and radar images, drone maps and field observations to generate a computer simulation of the catastrophe. They discovered that the explosion may have been as strong as 15 megatons of TNT, making it about as strong as the United States’ largest nuclear detonation, Castle Bravo, in 1954. The study specifies that it also made the eruption « the largest natural explosion in more than a century. »

The eruption released at least five blasts, generating a tsunami up to 85 meters high one minute after the largest explosion. This led to waves as high as 45 meters on the Tongan island Tofua and 17 meters on Tongatapu. The datacollected by the researchers prove that the waves generated by the explosion place Hunga Tonga-Hunga Ha’apai in the ‘mega-tsunami’ league. » They have observed an event in real time using modern instrumentation that had previously only been recognized in antiquity.

Until now, the extent of the eruption and its aftermath had proved elusive due to the scarcity of scientific instruments near the site of the eruption. The scientists found that the complex, shallow nature of the region’s underwater terrain helped to trap low-velocity waves from the eruption. This, in turn, helped generate a mega-tsunami that lasted more than an hour. A co-author of the study says : « We show how submarine volcanic eruptions can generate massive tsunami. A series of small blasts hailed the arrival of the big one, which generated the largest tsunami. »

The scientists said the strength of the 2022 eruption rivaled that of the 1883 eruption of Krakatau that killed more than 36,000 people. In contrast, the 2022 eruption killed an estimated six people.

The new study explains that the low death toll is a testament to the effectiveness of safety drills and awareness efforts carried out in Tonga in the years before the eruption. The eruption’s relatively distant location from urban centers also probably saved Tonga from a worse fate.

The computer simulations also revealed that the coral reefs that fringe the Tongan islands helped suppress the waves that ultimately made their way to shore. This finding suggests these reefs experienced substantial damage. However, the reefs can recover from such damage. Archaeological evidence shows that coral reefs were healthy again after a major tsunami in the mid-15th century with generated waves up to 30 meters tall.

In its conclusion, the studay says that future research should focus on the best way to place sensors to record data from submarine volcanoes and the coastlines of vulnerable islands as « an effective means of keeping tabs on submarine volcanoes, »

Source : Yahoo News, Live Science.

 Données fournies par les stations de surface du Tongan Met Office dans le port de Nuku‘alofa le 15 janvier 2022.

 

Simulations des tsunamis suite aux explosions du HTHH.

(Source: Science Advances)

Le risque de tsunami en Mer Tyrrhénienne // The tsunami hazard in the Tyrrhenian Sea

Il y a quelques semaines, la 5 rediffusait, dans le cadre de Science Grand Format, un documentaire intitulé « Baie de Naples, la colère des volcans », réalisé en 2020. Une séquence du film est consacrée au Stromboli et en particulier aux tsunamis déclenchés par les effondrements du volcan. Le dernier en date a eu lieu à la fin de l’année 2002. J’ai consacré plusieurs notes sur ce blog au risque de raz-de-marée sur l’île éolienne.

Les relevés géologiques révèlent qu’au cours du dernier millénaire, le Stromboli se serait partiellement effondré et aurait déclenché au moins un tsunami entraînant des destructions dans le port de Naples.

Depuis le début du 20ème siècle, une centaine de tsunamis ont été observés en Méditerranée et dans les mers qui lui sont reliées, ce qui représente 10 % du total des tsunamis sur Terre pendant cette période. Ces tsunamis, généralement provoqués par des séismes, n’ont toutefois pas causé de dégâts majeurs. Mais rien ne dit qu’un tsunami dévastateur n’est pas susceptible de se produire. Comme on a pu l’entendre dans le documentaire, il est préférable de disposer d’un système de surveillance et d’alerte, au cas où.

Depuis l’Antiquité, on sait qu’au moins trois événements de ce type se sont produits en Méditerranée occidentale, avec à leur source le Vésuve, mais surtout l’Etna et le Stromboli. Après avoir effectué des coupes géologiques dans des couches situées entre 170 et 250 m du rivage de Stromboli, une équipe de volcanologues de l’INGV et du département des Sciences de la Terre de l’Université de Pise a publié un article dans la revue Nature qui conseille de réévaluer le risque de tsunami sur les rives de la mer Tyrrhénienne. Trois strates constituées de dépôts de sable noir, de toute évidence en provenance de Stromboli, ont été observées sur la côte napolitaine. Le sable et les roches en forme de galets à l’intérieur ont très probablement été apportés par trois tsunamis. La datation au carbone 14 a révélé que ces trois tsunamis se sont produits entre le 14ème et le 16ème siècle. La littérature de l’époque confirme ces événements. Par exemple, le poète et humaniste florentin Pétrarque raconte qu’il a assisté à ce qui semble être un tsunami à la fin de l’année 1343, avec des dégâts dans les ports de Naples et d’Amalfi. Il n’existe aucune trace écrite de séismes à cette époque en Sicile ou en Italie. En revanche, il existe des traces d’une éruption volcanique importante vers 1350. Les volcanologues pensent donc qu’une partie du Stromboli s’est effondrée, générant le tsunami observé par Pétrarque. Ils pensent aussi qu’un événement similaire s’est produit en 1456.

La découverte confirme donc le risque de tsunamis générés par le Stromboli dans la mer Tyrrhénienne méridionale.

Note inspirée d’un article paru sur le site de Futura-Sciences.

Le tsunami de la fin 2002 a fait suite à un effondrement de la Sciara del Fuoco à la fois au-dessus et au-dessous du niveau de la mer. Le seul effondrement subaérien n’aurait pas suffi à provoquer une telle vague. Depuis 2002, d’autres effondrements spectaculaires de la Sciara del Fuoco ont été observés, sans toutefois provoquer de tsunamis dévastateurs.

Il faudrait savoir quelle était au 14ème siècle la morphologie du versant septentrional du Stromboli. Etait il plus volumineux qu’aujourd’hui ? Quelle masse de matériaux était susceptible de s’effondrer dans la mer ? Aujourd’hui, un effondrement majeur de la Sciara del Fuoco ou de la partie nord du Stromboli ne semble pas à l’ordre du jour, mais une surveillance des déformations de l’édifice volcanique est préférable, par prudence.

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A few weeks ago, the French TV channel La 5 broadcast again, as part of Science Grand Format, a documentary entitled « Bay of Naples, the wrath of volcanoes », made in 2020. A sequence of the film is dedicated to Stromboli and in particular to the tsunamis triggered by the collapses of the volcano. The most recent one took place at the end of 2002. I have devoted several posts on this blog to the risk of tidal waves on the Aeolian Island.
Geological records reveal that during the last millennium, Stromboli partially collapsed, triggering at least one tsunami that caused destruction in the port of Naples.
Since the beginning of the 20th century, about a hundred tsunamis have been observed in the Mediterranean and in the seas connected to it, which represents 10% of the total tsunamis on Earth during this period. These tsunamis, usually caused by earthquakes, however, did not cause major damage. But nothing says that a devastating tsunami is not likely to occur. As could be heard in the documentary, it is better to have a surveillance and alert system, just in case.
Since antiquity, we know that at least three events of this type have occurred in the western Mediterranean, with Vesuvius at their source, but most often Mt Etna and Stromboli. After having carried out geological sections in layers between 170 and 250 m from the shore of Stromboli, a team of volcanologists from the INGV and the Department of Earth Sciences of the University of Pisa published an article in the journal Nature which advises to reassess the tsunami risk on the shores of the Tyrrhenian Sea. Three strata made up of black sand deposits, obviously coming from Stromboli, were observed on the Neapolitan coast. This sand and the pebble-like rocks it contained were most likely brought in by three tsunamis. Carbon-14 dating revealed that these three tsunamis occurred between the 14th and 16th centuries. The literature of the time confirms these events. For example, the Florentine poet and humanist, Petrarch recounts that he witnessed what appears to be a tsunami at the end of the year 1343, with damage to the ports of Naples and Amalfi. There is no written record of earthquakes at this time in Sicily or Italy. On the other hand, there are traces of a major volcanic eruption around 1350. Volcanologists therefore believe that part of Stromboli collapsed, generating the tsunami observed by Petrarch. They also believe that a similar event occurred in 1456.
The discovery therefore confirms the risk of tsunamis generated by Stromboli in the southern Tyrrhenian Sea.
This post was inspired by an article published on the Futura-Sciences website.
The late 2002 tsunami followed a collapse of the Sciara del Fuoco both above and below sea level. Subaerial collapse alone would not have been enough to cause such a wave. Since 2002, other spectacular collapses of the Sciara del Fuoco have been observed, without however causing devastating tsunamis.
It would be necessary to know what was in the 14th century the morphology of the northern slope of Stromboli. Was it bigger than today? What mass of material was likely to collapse into the sea? Today, a major collapse of the Sciara del Fuoco or the northern part of Stromboli does not seem to be on the agenda, but monitoring the deformations of the volcanic edifice is preferable, out of caution.

Effondrement pyroclastique à Stromboli (Crédit photo : La Sicilia)

Dégâts occasionnés par le tsunami de 2002 (Photo: C. Grandpey)

Martinique : simulation d’un effondrement de la Montagne Pelée à Saint Pierre…

Dans la matinée du 23 mars 2023, la ville de Saint-Pierre (Martinique) a été le théâtre d’une nouvelle simulation « Caribe Wave ». Pour cette 12ème édition, « un tsunami causé par l’effondrement du flanc de la Montagne Pelée » était l‘une des deux fictions retenues par l’organisation de cette mise en scène annuelle. L’objectif est de « valider et de faire progresser les efforts de préparation aux tsunamis dans les Caraïbes et les régions adjacentes ».

L’événement était organisé, comme chaque année, par la Commission océanographique intergouvernementale de coordination pour les tsunamis et autres systèmes d’alerte aux risques côtiers pour la mer des Caraïbes et les régions adjacentes de l’UNESCO.

Pour le « Caribe Wave 2023 », 2 scénarios ont été retenus par les coordonnateurs. Le premier simule « un tsunami généré par un séisme de magnitude M 7,6 dans le golfe du Honduras ». Le deuxième scénario concerne « un tsunami causé par un effondrement du flanc du volcan de la Montagne Pelée » à Saint-Pierre.

Le but de cet exercice est de tester les plans d’urgence en cas de catastrophe naturelle,.de valider et de faire progresser les efforts de préparation aux tsunamis dans les Caraïbes et les régions adjacentes.

Au fil du temps, les plans d’urgence sont mis à jour et du nouveau personnel est intégré aux opérations tsunami, une bonne occasion de se familiariser et de revoir et tester les procédures actuelles.

Le Bureau caribéen du centre international d’information sur les tsunamis « se concentre sur le renforcement et le maintien du système d’observation des tsunamis ainsi que sur l’amélioration continue de la sensibilisation, de l’éducation et de la préparation aux tsunamis, y compris la mise en œuvre des programmes ». 48 États et territoires des Caraïbes et de l’Atlantique Ouest sont associés à cette opération.

Source : Martinique la 1ère.

Photo: C. Grandpey

Surveillance des volcans sous-marins // Monitoring of underwater volcanoes

Comme je l’ai écrit précédemment, l’éruption du 15 janvier 2022 du volcan sous-marin Hunga Tonga-Ha’apai a été exceptionnelle par sa puissance et son intensité. Aujourd’hui, les scientifiques réalisent qu’elle aura des répercussions pour les centaines de volcans sous-marins qui parsèment les océans de la Terre. Un volcanologue néo-zélandais a déclaré fort justement : « L’éruption du Hunga met en évidence un nouveau type de volcan et de nouvelles menaces sous la surface des océans. »
Très peu de volcans sous-marins font l’objet d’une surveillance digne de ce nom. Parmi eux figure l’Axial, à quelques centaines de kilomètres au large de la côte de l’Oregon et qui est étudié depuis les années 1970. Il ne faudrait pas oublier, non plus, le Kick ’em Jenny près de la Grenade. Ces deux volcans reçoivent régulièrement des missions scientifiques et sont dotés de capteurs qui surveillent leur activité
Le problème est que beaucoup d’autres volcans sous-marins sont situés loin de tout dans des arcs du Pacifique, loin des grandes villes ou des ports où les navires de recherche font escale. Leurs voisins les plus proches sont de petites nations insulaires, comme les Tonga, qui n’ont pas de programmes dédiés à la surveillance volcanique ou sismique. Cela est dû en partie à des problèmes géographiques. Les Tonga, par exemple, sont un alignement d’îles, ce qui n’est pas l’idéal pour trianguler les sources d’ondes sismiques. De plus, le personnel et l’argent font défaut dans ces pays où la population a la taille de celle d’une grande ville américaine. Il existe des solutions à l’échelle internationale, comme le réseau de surveillance sismique de l’USGS, qui offrent une couverture globale et permettent de détecter une activité géologique inhabituelle, mais ces stations sont trop peu nombreuses pour capter l’activité discrète qui précède une éruption sous-marine.
La plupart de ces éruptions n’atteindront jamais la puissance de celle du Hunga Tonga-Hunga Ha’apai, mais l’événement a attiré l’attention sur l’activité de ces volcans. Même si les éruptions du volcan tongien ne se produisent pas souvent, elles ne doivent pas être laissées de côté.
L’éruption du Hunga Tonga-Hunga Ha’apai a mis en jeu un processus exceptionnellement explosif qui a peu de chance de se reproduire ailleurs. Pendant environ un mois, l’éruption a progressé comme on pouvait s’y attendre. Elle a été d’intensité moyenne, avec des gaz et des cendres. Puis tout a basculé. Les volcanologues pensent que ce changement soudain est le résultat d’au moins deux facteurs. D’une part, il y a eu, en profondeur sous le volcan,le mélange de sources magmatiques de composition chimique légèrement différente. Au fur et à mesure de leur interaction, elles ont produit des gaz qui ont fait augmenter le volume du magma dans son encaissant. Sous cette pression énorme, les roches au-dessus ont commencé à se fracturer, ce qui a permis à l’eau de mer de s’infiltrer. Il s’en est suivi une double explosion très violente qui a expédié d’énormes quantités de matériaux à travers le plancher de la caldeira.
Les deux explosions ont généré de puissants tsunamis. La plus grosse vague est venue plus tard, probablement déclenchée par l’arrivée brutale d’eau dans la cavité d’un kilomètre de profondeur qui s’était soudainement creusée dans le plancher océanique. Ce phénomène a surpris les volcanologues. C’est un nouveau type de menace qui devra être pris en compte sur les autres volcans sous-marins. Auparavant, les scientifiques pensaient que ce type de volcan ne pouvait produire un puissant tsunami que si un côté d’une caldeira s’effondrait.
L’éruption du Hunga Tonga-Hunga Ha’apai a mis en évidence l’importance et la difficulté de l’étude des volcans sous-marins. Une expédition de cartographie classique implique un grand navire de recherche avec équipage complet, ainsi qu’un sonar multifaisceaux qui cartographie les changements intervenus sur les fonds marins, sans oublier une batterie d’instruments d’échantillonnage d’eau susceptibles de détecter les signes chimiques d’une activité en cours. De plus, placer un bateau au-dessus d’une caldeira potentiellement active présente des risques, pas tellement parce que le volcan peut entrer en éruption, mais parce que les bulles de gaz émises pourraient faire couler un navire.
Les Tonga, qui ont reçu quatre visites scientifiques au cours de l’année écoulée, ne devraient pas recevoir une autre grande mission au cours des prochaines années. Le coût est trop élevé. Il faudra probablement des décennies avant que chaque volcan sous-marin soit surveillé étroitement, même ceux de l’arc des Tonga. C’est dommage car ces expéditions sont l’un des rares moyens dont disposent les scientifiques pour comprendre réellement comment se comportent ces volcans.
Sans de telles expéditions, les scientifiques sont contraints de surveiller les volcans sous-marins à distance. Heureusement, les satellites peuvent repérer les bancs de pierre ponce ainsi que les proliférations d’algues qui sont nourries par les minéraux émis par les volcans. En outre, l’USGS, ainsi que ses homologues australiens, sont en train d’installer autour des Tonga un réseau de capteurs qui peuvent mieux détecter l’activité volcanique. On a une combinaison de stations sismiques avec des capteurs sonores et des webcams qui surveillent les explosions. S’assurer que ce système de surveillance reste opérationnel est un autre défi.
Source : Yahoo Actualités.

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As I put it before, the January 15, 2022 eruption of Hunga Tonga-Ha’apai submarine volcano was exceptional for its power and intensity. Today, scientists realize it has implications for the hundreds of underwater volcanoes dotting the Earth’s oceans. A New Zealand volcanologist aptly said : “The Hunga eruption highlights a new type of volcano, and new types of underwater threats.”

Only a handful of underwater volcanoes have been the site of extensive research. Those include the Axial seamount, which lies a few hundred kilometers off the coast of Oregon and has been studied since the 1970s. One should not forget either Kick ’em Jenny near the Caribbean nation of Grenada. Both receive regular visits from research cruises and are covered with sensors that monitor their activity

The problem is that many more submarine volcanoes are located in remote arcs of the Pacific, far from big cities or ports where research vessels make harbour. Their closest neighbours are small island nations, like Tonga, that do not have dedicated volcano-monitoring programs or much capacity to install seismic monitors. This is in part due to geographical problems. Tonga, for example, is a line of islands, which is not ideal for triangulating the sources of seismic waves. Moreover, staffing and funds can be scarce in countries where the population is similar in size to a large US town. There are international options, like the USGS’ Seismic Monitoring Network, that offer global coverage for unusual geologic activity, but the stations are generally too few and far between to pick up the discreet activity foretelling a coming undersea eruption.

Most of those eruptions are unlikely to match the explosiveness of Hunga Tonga-Hunga Ha’apai, but the event awakened the world to the possibile activity of these volcanoes. Even though eruptiond loke the o,e at the Tongan volcano do not occur often, they should not be neglected.

Hunga Tonga-Hunga Ha’apai involved an unusually explosive process that may not be easily replicated. For about a month, the eruption progressed as expected. It was moderately violent, with gas and ash, but was still manageable. Then everything went sideways. Volcanologists think it was the result of at least two factors, One was the mixing of sources of magma with slightly different chemical compositions deep beneath the volcano. As these interacted, they produced gasses, expanding the volume of the magma within the confines of the rock. Under tremendous pressure, the rocks above began to crack, allowing the cold seawater to seep in. A double massive explosion ensued which blew huge quantities of material out through the top of the caldera.

Both explosions produced big tsunamis. But the biggest wave came later, potentially caused by water flooding into the kilometer-deep hole suddenly dug out of the seafloor. This phenomenon came as a surprise to volcanologists. It isa new type of threat that should be taken into account elsewhere. Previously, scientists thought that this kind of volcano could only really produce a big tsunami if a side of a caldera collapsed.

But the process of understanding the eruption of the Tongan volcano has also highlighted the challenges of studying submarine volcanoes. A typical mapping expedition will involve a large, fully crewed research vessel, equipped with multibeam sonar that maps the seafloor for changes and a battery of water sampling instruments that search for chemical signs of ongoing activity. However, taking a boat over a potentially active caldera is risky, not so much because the volcano might erupt, but because the gas bubbles burbling up might cause a ship to sink.

Even Tonga, which has been visited four times in the past year is not likely to get another big crewed mission in the next few years. The cost is just so high. It would likely take decades to survey every volcano in detail, even just those in the Tongan arc. This is a pity because those expeditions are one of the few ways scientists have to actually see how volcanoes are behaving.

Without such expeditions, scientists have to monitor submarine volcanoes from a distance. Fortunately, satellites can spot pumice rafts as well as algal blooms, which are nurtured by the minerals released by volcanoes. Besides, the USGS, as well as counterparts in Australia, are in the process of installing a network of sensors around Tonga that can better detect volcanic activity, combining seismic stations with sound sensors and webcams that watch for active explosions. Ensuring it stays up and running is another challenge.

Source : Yahoo News.

Source: University of Auckland