El penacho del volcán de Tonga llegó a la mesosfera

Cuando un volcán submarino hizo erupción cerca de la pequeña isla deshabitada de Hunga Tonga-Hunga Ha'apai en enero de 2022, dos satélites meteorológicos estaban en una posición única para observar la altura y el ancho de la columna. Juntos capturaron lo que probablemente sea el penacho más alto en el registro satelital.

Los científicos del Centro de Investigación Langley de la NASA analizaron datos del Satélite Ambiental Operacional Geoestacionario 17 (GOES-17) de la NOAA y el Himawari-8 de la Agencia de Exploración Aeroespacial Japonesa (JAXA), que operan en órbita geoestacionaria y llevan instrumentos de imagen muy similares.

Antes de la erupción de Tonga, la columna volcánica más grande conocida en la era de los satélites procedía del monte Pinatubo, que arrojó cenizas y aerosoles hasta 35 kilómetros en el aire sobre Filipinas en 1991. La columna del volcán de Tonga tuvo 1,5 veces la altura de la pluma del Pinatubo.

“La intensidad de este evento supera con creces la de cualquier nube de tormenta que haya estudiado”, dijo Kristopher Bedka , un científico atmosférico de NASA Langley que se especializa en estudiar tormentas extremas. "Somos afortunados de que nuestra última generación de satélites geoestacionarios lo haya visto tan bien y podemos utilizar estos datos de formas innovadoras para documentar su evolución".

La animación anterior muestra una vista estéreo de la columna de la erupción de Tonga a medida que ascendía, evolucionaba y se dispersaba en el transcurso de 13 horas el 15 de enero de 2022. La animación se construyó a partir de observaciones infrarrojas adquiridas cada 10 minutos por GOES-17 e Himawari- 8. Según estas observaciones, la explosión inicial se elevó rápidamente desde la superficie del océano a 58 kilómetros en unos 30 minutos. Poco después, un pulso secundario se elevó por encima de los 50 kilómetros, luego se separó en tres partes.

Vea la animación completa aquí.

Por lo general, los científicos atmosféricos calculan la altura de las nubes utilizando instrumentos infrarrojos para medir la temperatura de una nube y luego comparándola con simulaciones de modelos de temperatura y altitud. Sin embargo, este método se basa en la suposición de que las temperaturas disminuyen en altitudes más altas, lo cual es cierto en la troposfera, pero no necesariamente en las capas media y superior de la atmósfera. Los científicos necesitaban un método diferente para calcular la altura: la geometría.

Nuevas medidas de la altura del penacho del volcán

Hunga Tonga-Hunga Ha'apai se encuentra en el Océano Pacífico aproximadamente a mitad de camino entre Himawari-8, que se encuentra en órbita geoestacionaria a una longitud de 140,7° Este, y GOES-17, en órbita geoestacionaria a 137,2° Oeste. “Desde los dos ángulos de los satélites, pudimos recrear una imagen tridimensional de las nubes”, explicó Konstantin Khlopenkov, científico del equipo Langley de la NASA.

Esta secuencia de imágenes fijas del GOES-17 muestra el penacho en varias etapas el 15 de enero. Observe cómo las partes más altas del penacho en la estratosfera y la mesosfera proyectan sombras sobre las partes inferiores.

Khlopenkov y Bedka usaron una técnica que diseñaron originalmente para estudiar tormentas severas que penetran la estratosfera. Su algoritmo coincide con las observaciones simultáneas de la misma escena de nubes de dos satélites y luego utiliza la estereoscopia para construir un perfil tridimensional de nubes elevadas. (Esto es similar a la forma en que el cerebro humano percibe las cosas en tres dimensiones usando dos imágenes de nuestros ojos). Khlopenkov luego verificó las medidas estereoscópicas usando la longitud de las sombras que las columnas más altas proyectan sobre las amplias nubes de ceniza debajo. También compararon sus medidas con un análisis del modelo GEOS-5 de la NASA para determinar la altura local de la estratosfera y la troposfera ese día.

La parte superior de la pluma se sublimó casi de inmediato debido a las condiciones extremadamente secas de la mesosfera. Sin embargo, un paraguas de ceniza y gas se esparció en la estratosfera a una altitud de unos 30 kilómetros, cubriendo eventualmente un área de 157.000 kilómetros cuadrados, más grande que el estado de Georgia.

“Cuando el material volcánico llega tan alto a la estratosfera, donde los vientos no son tan fuertes, la ceniza volcánica, el dióxido de azufre, el dióxido de carbono y el vapor de agua pueden transportarse por toda la Tierra”, dijo Khlopenkov. En dos semanas, la columna principal de material volcánico dio la vuelta al mundo, según lo observado por el satélite Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observation (CALIPSO), así como por Ozone Mapping and Profiler Suite en el satélite Suomi-NPP.

Los aerosoles de la columna han persistido en la estratosfera durante casi un mes después de la erupción y podrían permanecer durante un año o más, dijo el científico atmosférico Ghassan Taha del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA.

Los aerosoles expulsados por el volcán de Tonga ¿Afectarán al clima global?

Las emisiones volcánicas pueden afectar potencialmente el clima local y el clima global. Sin embargo, Taha señaló que actualmente parece poco probable que la pluma de Tonga tenga efectos climáticos significativos porque tenía un bajo contenido de dióxido de azufre, la emisión volcánica que causa el enfriamiento, pero un alto contenido de vapor de agua, lo que explica su impresionante altura.

“La combinación de calor volcánico y la cantidad de humedad sobrecalentada del océano hizo que esta erupción no tuviera precedentes. Fue como hipercombustible para una megatormenta”, dijo Bedka. “El penacho fue 2,5 veces más alto que cualquier tormenta que hayamos observado, y la erupción generó una cantidad increíble de rayos. Eso es lo que hace que esto sea significativo desde una perspectiva meteorológica”.

Imágenes y video del por Joshua Stevens , utilizando datos cortesía de Kristopher Bedka y Konstantin Khlopenkov/NASA Langley Research Center, e imágenes GOES-17 cortesía de la NOAA y el Servicio Nacional de Información, Datos y Satélites Ambientales (NESDIS). Historia de Sofie Bates, Equipo de Noticias de Ciencias de la Tierra de la NASA, con Mike Carlowicz.

NASA Earth Observatory

Anexo

Capas de la atmósfera