Crédito: Joshua Stevens / Observatorio de la Tierra de la NASA.
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. El equipo calculó que la columna de la erupción volcánica del 15 de Enero se elevó a 58 kilómetros (36 millas) en su punto más alto. El gas, el vapor y la ceniza del volcán llegaron a la mesosfera, la tercera capa de la atmósfera.
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 (22 millas) en el aire sobre Filipinas en 1991. La columna de Tonga tenía 1,5 veces la altura de la pluma de Pinatubo.
“La intensidad de este evento supera con creces la de cualquier nube de tormenta que haya estudiado”, dijo Kristopher Bedka, un científico atmosférico del Centro Langley de la NASA 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 (31 millas), luego se separó en tres partes.
Calculando la altura de la nube volcánica
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 al aumentar la altitud, 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.
Hunga Tonga-Hunga Ha’apai se encuentra en el Océano Pacífico aproximadamente a mitad de camino entre Himawari-8, que está 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 del Centro Langley de la NASA.
Crédito: Joshua Stevens / Observatorio de la Tierra 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 evolución y persistencia de la nube en la estratosfera
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 (20 millas), cubriendo eventualmente un área de 157 000 kilómetros cuadrados (60 000 millas cuadradas), 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 el instrumento ‘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. 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.
Una erupción sin precedentes.
“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 eléctrica 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”.
Fuente: Observatorio de la Tierra de la NASA.
Artículo original: ‘Tonga Volcano Plume Reached the Mesosphere‘. February 17, 2022.
Imágenes y video del Observatorio de la Tierra de la NASA 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.
Referencias y recursos
- NASA (2021, May 10) Langley Scientists Observe Storm Clouds in 3D—You Can, Too. Accessed February 16, 2022.
- NASA Earth Observatory (2022) Undersea Eruption Near Tonga.
- NASA Climate (2019, October 2) Earth’s Atmosphere: A Multi-layered Cake. Accessed February 16, 2022.
- NASA Climate (2022) What do volcanoes have to do with climate change? Accessed February 16, 2022.
- National Weather Service (2022) Layers of the Atmosphere. Accessed February 16, 2022.
- The New York Times (2022, January 19) Here’s What Scientists Know About the Tonga Volcano Eruption. Accessed February 16, 2022.
- U.S. Geological Survey (2022) Volcanoes Can Affect Climate. Accessed February 16, 2022. (Ver el artículo en Español aquí).
- U.S. Geological Survey (1997) Fact Sheet 113-97: The Cataclysmic 1991 Eruption of Mount Pinatubo, Philippines. Accessed February 16, 2022.
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