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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)

Le manque de glace sur les Grands Lacs et ses conséquences // The lack of ice on the Great Lakes and its consequences

La glace a mis du temps à se former cette année sur les Grands Lacs américains. Seulement 3,2 % de la surface des lacs était prise par la glace à la mi-janvier 2023. C’est 18 % de moins que la moyenne pour cette période de l’année. L’absence de glace n’est pas une bonne chose pour l’écosystème des lacs. Cette situation peut provoquer de puissantes vagues dangereuses et des tempêtes de neige à effet de lac.
Les prévisions du National Ice Center des États-Unis au début du mois de décembre étaient différentes selon les secteurs. Selon ces prévisions, les lacs Michigan, Érié et Ontario devaient avoir moins de glace, tandis que le lac Supérieur devait être au-dessus de la normale. On s’attendait à ce que le lac Huron ait une année moyenne. Cependant, ces prévisions sont très incertaines car la croissance de la glace est très dynamique et peut changer en quelques jours, en particulier sur les lacs moins profonds. Par exemple, la couverture de glace a atteint jusqu’à 7 % en moyenne sur tous les lacs après la vague de froid de décembre 2022, mais elle a ensuite rapidement diminué avec l’arrivée de températures plus clémentes. Le changement a été particulièrement prononcé sur le lac Érié où la couverture de glace a d’abord atteint 23 % avant de chuter et se stabiliser à environ 3 %.
Moins de glace signifie aussi plus de neige. En hiver, lorsque des masses d’air froid et sec traversent les lacs, elles absorbent de l’eau par évaporation en cours de route. Lorsque la masse d’air touche la terre, elle laisse tomber toute cette eau à travers un phénomène appelé ‘neige à effet de lac’. La couverture de glace agit comme un bouclier et empêche l’eau du lac de s’évaporer. Lorsqu’il y a moins de glace, la neige tombe en abondance autour des lacs, comme on a pu le voir à Buffalo N.Y., qui se trouve sur les rives du lac Érié. Fin décembre 2022, plus d’1,20 m de neige recouvrait la ville et ses environs. La tempête a fait 44 morts dans les comtés d’Erié et de Niagara.
Une faible couverture de glace peut avoir des conséquences désastreuses. En effet, pendant les mois d’hiver où sévissent les tempêtes, la couverture de glace atténue la force des vagues. Lorsque la couverture de glace est faible, les vagues peuvent devenir très grosses et causer des inondations et une érosion des rives du lac. C’est également ce qui se passe en Alaska lorsqu’il y a un manque de glace de mer. En janvier 2020, le long de la rive sud-ouest du lac Michigan, le niveau très haut du lac s’est ajouté à des vents très forts, ce qui a généré des vagues de 4 mètres de haut qui ont inondé les rives.
Selon les scientifiques, le réchauffement climatique et les températures élevées sont responsables du manque de glace sur les Grands Lacs. La diminution de la couverture de glace aura probablement des effets en cascade sur les écosystèmes des lacs et en particulier sur les poissons. Par exemple, le grand corégone, une pièce maîtresse de la pêche sur les Grands lacs et une importante source de nourriture pour d’autres poissons comme le doré jaune, fait partie des nombreux poissons qui seront affectés par le manque de glace en hiver. Le doré jaune et la perchaude ont, eux aussi, besoin d’hivers prolongés. S’ils ne passent pas assez de temps dans l’eau froide pendant l’hiver, leurs œufs seront beaucoup plus petits, ce qui rendra leur survie plus difficile.
La diminution de la couverture de glace sur les lacs retarde également la migration des oiseaux vers le sud. Le réchauffement des lacs et la perte de la couverture de glace au fil du temps entraîneront également des précipitations plus abondantes, favorables à la prolifération d’algues nocives qui peuvent être toxiques pour les humains et les animaux domestiques.
Les scientifiques se posent beaucoup de questions sur l’ampleur des changements à venir dans l’écosystème et le réseau trophique des Grands lacs si la couverture de glace continue de diminuer. Si nous ne parvenons pas à contrôler le réchauffement climatique, il y aura forcément des changements que nous pourrons anticiper et d’autres que nous ne connaissons pas encore et qui nous échapperont probablement.
Source : USA Today, via Yahoo Actualités.

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Ice has been slow to form this year over the American Great Lakes, with only 3.2% of the lakes covered by mid-January 2023. This is roughly 18% below average for this time of year. No ice is not a good thing for the lakes’ ecosystem. It can even stir up dangerous waves and lake-effect snowstorms.

The U.S. National Ice Center Forecast’s outlook at the beginning of December showed a mix of predictions. According to the forecast, Lakes Michigan, Erie and Ontario were predicted to have less ice, while Lake Superior was expected to be above normal. Lake Huron was expected to have an average year. However, this prediction has a great deal of uncertainty because ice growth is very dynamic and can change in a matter of days, especially on the shallower lakes. For example, ice cover jumped up to 7% on average across all the lakes after the December 2022 cold snap, but then quickly fell when milder temperatures arrived. The change was especially pronounced on Lake Erie, where ice cover rose to 23% and later sat at around 3%.

Less ice also means more snow. In the winter, when cold, dry air masses move across the lakes, they pick up water along the way through evaporation. When the air mass hits land, it drops all that water through lake-effect snow. Ice cover acts as a shield, stopping water from evaporating off the lake. So, when there is less ice people around the lakes typically see more snow, as could be seen in Buffalo N.Y., which sits on the shores of Lake Erie. By the end of December 2022, more than 120 centimeters of snow covered the city and surrounding areas. The storm resulted in 44 deaths in Erie and Niagara counties.

Little ice cover can be disastrous. Indeed, during stormy winter months, ice cover tempers waves. When there is low ice cover, waves can be much larger, leading to lakeshore flooding and erosion. This is what happens in Alaska when there is a lack os sea ice. In January 2020 along Lake Michigan’s southwestern shoreline, record high lake levels mixed with winds that whipped up 4-meter-high waves that flooded shorelines.

According to scientists, global warming and the highrt temperatures are responsible for the lack of ice on the Great Lakes. A downturn in ice coverage due to climate change will likely have cascading effects on the lakes’ ecosystems and especially the fish. For instance, Lake whitefish, a mainstay in the lakes’ fishing industry and an important food source for other fish like walleye, are one of the many fish that will be impacted by the lack of ice in winter. Walleye and yellow perch also need extended winters. If they don’t get enough time to overwinter in cold water, their eggs will be a lot smaller, making it harder for them to survive.

Declining ice cover on the lakes is also delaying the southward migration of birds. Warming lakes and a loss of ice cover over time also will be coupled with more extreme rainfall, likely inciting more harmful algae blooms that can be toxic to humans and pets.

There is still a big question mark on the extent of the changes that will happen to the lakes’ ecosystem and food web as ice cover continues to decline. Unless we can keep climate change in check, there will be changes that we anticipate and others that we don’t know about yet.

Source : USA TODAY via Yahoo News.

Vues du Lac Supérieur, une véritable mer intérieure (Photos: C. Grandpey)

Quelles mesures pour empêcher que Reynisfjara tue à nouveau? // What measures to prevent Reynisfjara from killing again?

Suite au décès survenu sur la plage de Reynisfjara (Islande) le 10 juin 2022 (voir mon article du 13 juin), le cinquième de ce type au cours des sept dernières années, une réunion a été organisée pour discuter de l’opportunité de fermer Reynisfjara complètement, partiellement ou de mettre en place une autre mesure.
La ministre du Tourisme a déclaré que cette situation ne pouvait plus durer, et cette remarque ne s’applique pas seulement à Reynisfjara, mais aussi à d’autres endroits en Islande qui, bien qu’ils soient d’une grande beauté, peuvent s’avérer dangereux pour les non-initiés.
La ministre a suggéré de fermer temporairement Reynisfjara. Elle a ajouté : « Personne ne parle de fermer complètement Reynisfjara. Juste pendant les périodes où les marées peuvent s’avérer mortelles. Nous agirons bien sûr en coopération avec les propriétaires fonciers et l’industrie du tourisme.
Bien que la plupart des guides disent aux touristes d’éviter de s’approcher des vagues, tout le monde n’écoute pas et rappeler aux gens que cette zone est dangereuse n’est pas toujours chose aisée. L’un des guides a déclaré: « Après le dernier gros incident, nous avons crié aux gens de s’éloigner de l’océan. Certaines personnes nous ont écouté, mais il y en a d’autres qui sont venues vers nous et ont dit : « Qui êtes-vous, la police ? » Ils nous ont insultés et nous ont dit d’aller nous faire foutre.
Ce guide touristique n’est pas en faveur de la fermeture complète de Reynisfjara. Il pense que la surveillance devrait être assurée par « des spécialistes formés à la gestion de grands groupes de personnes se trouvant dans une situation potentiellement dangereuse. Des personnes ayant le pouvoir d’agir ». Il pense qu’il pourrait y avoir deux personnes à tout moment de la journée, en particulier quand il ne fait pas nuit.
Pour le moment, les autorités islandaises n’ont pas envisagé officiellement la mise en place de services de sécurité à Reynisfjara, mais les pourparlers entre l’État, les propriétaires terriens et l’industrie du tourisme sont toujours en cours.
Source : Reykjavik Grapevine.

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Following the death at Reynisfjara beach (Iceland) on June 10th, 2022 (see my post of June 13th), the fifth such death in the past seven years, discussion has renewed over whether to close Reynisfjara completely, partially, or try another strategy.

The Minister of Tourism said this situation could not be accepted for much longer, and this does not only apply to Reynisfjara but to other locations in Iceland that, while certainly beautiful, can prove dangerous for the uninitiated.

The Minister suggested to close Reynisfjara temporarily. She added : “No one is talking about closing Reynisfjara completely. Just when the tides are at such a point that they can prove deadly. But we will of course do this in cooperation with the landowners and the tourism industry.”

A tour guide said that while he and most other tour guides tell tourists to avoid the waterline, not everyone listens, and trying to call people back from the waterline is not always effective. He said: “After the last big incident, we’d be down there, screaming at people to get away from the ocean. Some people listen to us, but then there’s some people who will confront us and say ‘What are you, police?’ They’ll be swearing at us, telling us to f*ck off and all this.”

This tour guide does not believe Reynisfjara should be closed altogether. He thinks there should be « specialists trained in how to manage large groups of people coming into a potentially dangerous situation. People with the authority to act. » He thinks there might be two people at any one time throughout the day, particularly through the hours of daylight.

For the time being, increasing the human security presence at Reynisfjara has not entered the discussion on any official level, but talks between the state, the landowners and the tourism industry are still ongoing.

Source: Reykjavik Grapevine.

Photos: C. Grandpey

Les ondes sonores de l’éruption aux Tonga // The sonic waves of the Tonga eruption

L’explosion du volcan sous-marin Hunga Tonga-Hunga-Ha’apai le 15 janvier 2022 dans l’archipel des Tonga a été « entendue » dans le monde entier. Selon un communiqué de presse de l’Université d’Hawaï, l’éruption a déclenché une onde sonore qui s’est répercutée dans l’atmosphère terrestre et a été enregistrée dans le monde entier par des stations de surveillance… et des smartphones.
L’éruption dévastatrice a produit l’onde de choc la plus puissante depuis l’éruption du Krakatau (Indonésie) en 1883. Les systèmes de surveillance de l’Université d’Hawaii qui épient en permanence les infrasons – sons inaudibles produits par des événements naturels extrêmes, tels que des éruptions volcaniques, des impacts d’astéroïdes et des explosions intenses – ont enregistré l’éruption des Tonga sur des capteurs d’infrasons et de pression conventionnels, ainsi qu’avec un réseau de capteurs de smartphones, ce qui montre que les smartphones peuvent enregistrer de puissantes explosions à des milliers de kilomètres.
Jusqu’à l’éruption aux Tonga, l’explosion du météore de Tcheliabinsk en 2013 au-dessus de la Russie était la plus puissante explosion atmosphérique enregistrée depuis le début de l’ère numérique. On compare généralement l’intensité des impacts de météores et des éruptions volcaniques à l’énergie équivalente d’une explosion de TNT. Avec une énergie estimée à 500 kilotonnes de TNT, l’onde de choc du météore russe avait été enregistrée par des systèmes de surveillance géophysique conventionnels sur toute la Terre.
En 2014, le département d’État américain a encouragé le développement de l’application RedVox Recorder pour smartphones dont le but était de détecter les infrasons des explosions atmosphériques. Plus récemment, dans le cadre des objectifs de non-prolifération nucléaire, le financement des recherches par la National Nuclear Security Administration, sous l’égide du Département de l’Énergie, a permis de développer une technologie adaptée aux smartphones et d’augmenter les capacités de mesure de diverses signatures sonores et vibratoires près de la surface de la Terre, ainsi que dans la haute atmosphère et l’océan.
Des équipes d’ingénieurs et de programmeurs ont contribué à faire mûrir la technologie et à la rendre accessible au public. L’application gratuite RedVox Infrasound Recorder est disponible pour les appareils Apple et Android et fonctionne sur la plupart des smartphones modernes.
À partir de calculs basés sur les données de pression collectées via l’application et les capteurs conventionnels, on peut estimer que l’explosion des Tonga était plus importante que celle de Tsar Bomba, qui, avec 50 mégatonnes, était l’arme nucléaire la plus puissante jamais testée. L’explosion des Tonga est probablement proche de l’explosion du Krakatau en 1883, estimée à 200 mégatonnes.
Source : médias d’information hawaïens.

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The explosion of the Hunga Tonga-Hunga-Haʻapai submarine volcano on January 15th, 2022 in theTonga archipelago was “heard” around the globe. According to a University of Hawaiʻi press release, the eruption released a blast “sound” wave that reverberated through Earth’s atmosphere and was recorded around the world by monitoring stations…and smartphones.

The devastating eruption produced the most powerful air blast since the 1883 eruption of Krakatoa in Indonesia. Monitoring systems at UH-Mānoa that continuously listen for infrasound – deep, inaudible atmospheric sound produced by extreme natural events, such as volcanoes, asteroid impacts and intense explosions – recorded the Tonga eruption on traditional infrasound and pressure sensors, as well as with a network of smartphone sensors, showing that smartphones can record large blasts from thousands of kilometers away.

Until the event in Tonga, the 2013 Chelyabinsk meteor over Russia was the largest atmospheric blast recorded in the digital era. The blast intensity of meteor impacts and volcanic eruptions is commonly reported relative to the energy from an equivalent TNT explosion. At an estimated yield of 500 kilotons of TNT, the Russian meteor blast wave was recorded by conventional geophysical monitoring systems all over Earth.

In 2014, the U.S. State Department supported the development of the RedVox Recorder smartphone application to detect infrasound from atmospheric blasts. More recently, in support of the nation’s nuclear nonproliferation goals, research funding from the U.S. Department of Energy’s National Nuclear Security Administration allowed the expansion of the smartphone technology and the increase of capabilities to measure diverse sound and vibration signatures near Earth’s surface, as well as in the upper atmosphere and the ocean.

Teams of engineers and programmers have contributed to mature the technology and make it available to the public. The free RedVox Infrasound Recorder app is available for Apple and Android devices and runs on most modern smartphones.

From calculations based on pressure data collected via the app and traditional sensors, one can estimate the Tonga blast was larger than Tsar Bomba’s, which at 50 megatons was the most powerful nuclear weapon ever tested. It is likely to be closer to the 1883 Krakatoa blast, which weighed in at 200 megatons.

Source: Hawaiian news media.

L’Infrasound Laboratory de l’Université d’Hawaii a réalisé une capture du signal de l’éruption des Tonga sur les smartphones via l’application RedVox. (Source: Université d’Hawaii).