La erupción del volcán submarino de Tonga produjo el rayo más intenso jamás registrado y anillos de rayos

La erupción del volcán Hunga en Tonga el 15 de enero de 2022 continúa batiendo récords. Según un nuevo estudio, la erupción creó una tormenta eléctrica "sobrealimentada" que produjo el rayo más intenso jamás registrado.

Hubo casi 200.000 rayos en la columna volcánica durante la erupción, con un máximo de más de 2.600 rayos por minuto, según encontraron los investigadores.

Los rayos en los volcanes con erupciones intensas:el caso del volcán submarino de Tonga

Cuando el volcán submarino entró en erupción en el Océano Pacífico sur, generó una columna de ceniza, agua y gas magmático de al menos 58 kilómetros de altura. La imponente columna proporcionó a los científicos información útil sobre la escala de la erupción.

Los datos de rayos de alta resolución de cuatro fuentes separadas, nunca antes utilizadas en conjunto, ahora han permitido a los científicos observar esa columna, descubrir nuevas fases del ciclo de vida de la erupción y obtener información sobre el clima extraño que creó.

"Esta erupción desencadenó una tormenta eléctrica sobrealimentada, como nunca antes habíamos visto", dijo Alexa Van Eaton, vulcanóloga del Servicio Geológico de los Estados Unidos que dirigió el estudio. "Estos hallazgos demuestran una nueva herramienta que tenemos para monitorear los volcanes a la velocidad de la luz y ayudar al papel del USGS para informar los avisos de peligro de cenizas a las aeronaves".

El estudio fue publicado en Geophysical Research Letters, que publica informes de formato corto de alto impacto con implicaciones inmediatas que abarcan todas las ciencias de la Tierra y el espacio.

El origen de los rayos volcánicos

Los rayos se desarrollaron porque la expulsión altamente energética de magma pasó a través del océano poco profundo, dijo Van Eaton. La roca fundida vaporizó el agua de mar, que se elevó en el penacho y eventualmente formó colisiones electrizantes entre ceniza volcánica, agua sobreenfriada y granizo. Los ingredientes perfectos para generar los rayos.

En la figura anterior, la escala de grises proporciona alturas de nubes estereoscópicas, los puntos azules muestran rayos detectados por redes de radiofrecuencia terrestres durante el siguiente minuto, y la escala de color púrpura-amarillo muestra relámpagos detectados ópticamente por el sensor GLM.

Anillos de rayos

Se producen al menos cuatro anillos de rayos distintos entre las 04:16 y las 05:51, seguidos de un anillo final entre las 08:38 y las 08:48. El anillo inicial y más prominente (visible en los primeros cuatro fotogramas) se concentró en el borde de ataque de una onda de gravedad dentro de la nube paraguas superior. Los círculos rosados delinean el anillo de rayos en dos marcos, que muestran una tasa de expansión (promedio) superior a 60 m s−1. La advección hacia el oeste del paraguas superior comienza a revelar una nube de nivel inferior a las 05:37. Los polígonos discontinuos blancos delinean las ubicaciones de los rayos, mostrando su movimiento hacia el oeste con la nube paraguas estratosférica. Las islas locales están delineadas en negro.

Combinando datos de sensores que miden la luz y las ondas de radio, los científicos rastrearon los rayos y estimaron sus alturas. La erupción produjo poco más de 192 000 destellos (compuestos por casi 500.000 pulsos eléctricos), alcanzando un máximo de 2.615 destellos por minuto. Algunos de estos rayos alcanzaron altitudes sin precedentes en la atmósfera terrestre, entre 20 y 30 kilómetros de altura.

Vídeo: Más de 200.000 relámpagos, que se muestran como puntos azules, ocurrieron durante la erupción del volcán Hunga de Tonga el 15 de enero de 2022. Nuevos análisis de la intensidad de los rayos de la erupción revelaron que la tormenta volcánica fue la más intensa jamás registrada y brindaron nuevos conocimientos sobre la progresión de la erupción. Crédito: Geophysical Research Letters (2023). DOI: 10.1029/2022GL102341

"Con esta erupción, descubrimos que las columnas volcánicas pueden crear las condiciones para los rayos mucho más allá del ámbito de las tormentas meteorológicas que hemos observado anteriormente", dijo Van Eaton.

Los rayos proporcionaron información no solo sobre la duración de la erupción, sino también sobre su comportamiento a lo largo del tiempo.

"La erupción duró mucho más que la hora o dos observadas inicialmente", dijo Van Eaton. "La actividad del 15 de enero creó penachos volcánicos durante al menos 11 horas. En realidad, solo al observar los datos de rayos pudimos sacar eso".

Fases de la erupción

Los investigadores observaron cuatro fases distintas de actividad eruptiva, definidas por las alturas de los penachos y las velocidades de los rayos a medida que aumentaban y disminuían. Los conocimientos obtenidos al vincular la intensidad de los rayos con la actividad eruptiva pueden proporcionar un mejor seguimiento y pronóstico inmediato de los peligros relacionados con la aviación durante una gran erupción volcánica, incluido el desarrollo y el movimiento de la nube de ceniza, dijo Van Eaton.

Es un desafío importante obtener información confiable sobre las columnas volcánicas al comienzo de una erupción, especialmente para volcanes submarinos remotos. Aprovechar todas las observaciones de largo alcance disponibles, incluidos los rayos, mejora la detección temprana para mantener a las aeronaves y a las personas fuera de peligro.

"No fue solo la intensidad de los rayos lo que nos atrajo", dijo Van Eaton. Ella y sus colegas también estaban desconcertados por los anillos concéntricos de rayos, centrados en el volcán, que se expandían y contraían con el tiempo. "La escala de estos anillos de rayos nos dejó boquiabiertos. Nunca antes habíamos visto algo así, no hay nada comparable en las tormentas meteorológicas. Se han observado anillos de rayos únicos, pero no múltiples, y son pequeños en comparación".

Una intensa turbulencia a gran altura fue nuevamente responsable. El penacho inyectó tanta masa en la atmósfera superior que envió ondas en la nube volcánica, como guijarros que caen en un estanque. Los relámpagos parecían "surfear" estas ondas y moverse hacia afuera como anillos de 250 kilómetros de ancho.

Como si todo eso no fuera suficiente para hacer fascinante esta erupción, representa un estilo de vulcanismo conocido como freatopliniano, que ocurre cuando un gran volumen de magma entra en erupción a través del agua. Anteriormente, este estilo de erupción sólo se conocía a partir del registro geológico y nunca se había observado con instrumentación moderna. La erupción de Hunga cambió todo eso.

"Fue como desenterrar un dinosaurio y verlo caminar sobre cuatro patas", dijo Van Eaton. "Como que te quita el aliento".

Referencia

Alexa R. Van Eaton et al, Lightning Rings and Gravity Waves: Insights Into the Giant Eruption Plume From Tonga's Hunga Volcano on 15 January 2022, Geophysical Research Letters (2023). DOI: 10.1029/2022GL102341