Pióropusz z Hunga Tonga-Hunga Ha’apai zachowywał się jak mega burza, która wzniosła się na 58 kilometrów (38 mil) w atmosferę.
Kiedy podwodny wulkan wybuchł w pobliżu małej, niezamieszkanej wyspy Hunga Tonga-Hunga Ha’apai w styczniu 2022 roku, dwa satelity pogodowe zostały umieszczone w wyjątkowym miejscu, aby obserwować wysokość i szerokość pióropusza. Razem uchwycili to, co jest prawdopodobnie najwyższym pióropuszem w zapisie satelitarnym.
Naukowcy z Langley Research Center NASA przeanalizowali dane z Geostationary Operational Environmental Satellite 17 NOAA (GOES-17) i Himawari-8 Japońskiej Agencji Lotnictwa Kosmicznego (JAXA), które działają na orbicie geostacjonarnej i posiadają bardzo podobne instrumenty obrazujące. Zespół obliczył, że pióropusz z erupcji wulkanu 15 stycznia wzrósł do 58 kilometrów (36 mil) w najwyższym punkcie. Gaz, para i popiół z wulkanu dotarły do mezosfery, trzeciej warstwy atmosfery.
Przed erupcją Tonga największy znany pióropusz wulkaniczny w erze satelitarnej pochodził z góry Pinatubo, która w 1991 roku wyrzucała w powietrze popiół i aerozole na odległość do 35 kilometrów nad Filipinami. Pióropusz Tonga był 1,5 razy wyższy niż pióropusza Pinatubo.
„Intensywność tego wydarzenia znacznie przewyższa intensywność jakiejkolwiek chmury burzowej, którą kiedykolwiek badałem” – powiedział Kristopher Bedka, naukowiec zajmujący się atmosferą z NASA Langley, który specjalizuje się w badaniu ekstremalnych burz. „Mamy szczęście, że był tak dobrze widziany przez naszą najnowszą generację satelitów geostacjonarnych i możemy wykorzystać te dane w innowacyjny sposób, aby udokumentować jego ewolucję”.
Powyższa animacja przedstawia widok stereo pióropusza erupcji Tonga, który wznosił się, ewoluował i rozpraszał w ciągu 13 godzin 15 stycznia 2022 r. Animacja została zbudowana na podstawie obserwacji w podczerwieni gromadzonych co 10 minut przez GOES-17 i Himawari. 8. Zgodnie z tymi obserwacjami, początkowa eksplozja gwałtownie wzrosła z powierzchni oceanu do 58 kilometrów w około 30 minut. Niedługo potem wtórny impuls wzrósł powyżej 50 kilometrów (31 mil), a następnie podzielił się na trzy części.
Zazwyczaj naukowcy zajmujący się atmosferą obliczają wysokość chmur, używając instrumentów podczerwieni do pomiaru temperatury chmury, a następnie porównując ją z modelowymi symulacjami temperatury i wysokości. Jednak ta metoda opiera się na założeniu, że temperatury spadają na wyższych wysokościach — co jest prawdą w troposferze, ale niekoniecznie w środkowych i górnych warstwach atmosfery. Naukowcy potrzebowali innej metody obliczania wysokości: geometrii.
Hunga Tonga-Hunga Ha’apai znajduje się na Oceanie Spokojnym, mniej więcej w połowie drogi między Himawari-8, która znajduje się na orbicie geostacjonarnej na 140,7° długości geograficznej wschodniej, a GOES-17, na orbicie geostacjonarnej na 137,2° długości geograficznej zachodniej. „Z dwóch kątów satelitów byliśmy w stanie odtworzyć trójwymiarowy obraz chmur” – wyjaśnił Konstantin Khlopenkov, naukowiec z zespołu NASA Langley.
Ta sekwencja nieruchomych obrazów z GOES-17 pokazuje pióropusz na różnych etapach 15 stycznia. Zwróć uwagę, jak najwyższe części pióropusza w stratosferze i mezosferze rzucają cień na dolne partie.
Chlopenkow i Bedka zastosowali technikę, którą pierwotnie zaprojektowali do badania silnych burz, które penetrują stratosferę. Ich algorytm dopasowuje jednoczesne obserwacje tej samej sceny chmur z dwóch satelitów, a następnie wykorzystuje stereoskopię do skonstruowania trójwymiarowego profilu uniesionych chmur. (Jest to podobne do sposobu, w jaki ludzki mózg postrzega rzeczy w trzech wymiarach za pomocą dwóch obrazów z naszych oczu.) Następnie Chlopenkow zweryfikował pomiary stereoskopowe, używając długości cieni, które najwyższe pióropusze rzucają na szerokie chmury popiołu poniżej. Porównali również swoje pomiary z analizą modelu NASA GEOS-5, aby określić lokalną wysokość stratosfery i troposfery tego dnia.
Najwyższa część pióropusza sublimowała niemal natychmiast z powodu ekstremalnie suchych warunków w mezosferze. Jednak parasol popiołu i gazu rozprzestrzenił się w stratosferze na wysokości około 30 kilometrów (20 mil), ostatecznie pokrywając obszar 157 000 kilometrów kwadratowych (60 000 mil kwadratowych), większy niż stan Georgia.
„Kiedy materiał wulkaniczny dociera tak wysoko w stratosferę, gdzie wiatry nie są tak silne, popiół wulkaniczny, dwutlenek siarki, dwutlenek węgla i para wodna mogą być transportowane po całej Ziemi” – powiedział Khlopenkov. W ciągu dwóch tygodni główny pióropusz materii wulkanicznej okrążył kulę ziemską, co zaobserwował satelita Cloud-Aerosol Lidar i Infrared Pathfinder Satellite Observation (CALIPSO), a także zestaw mapowania i profilowania ozonu na satelicie Suomi-NPP.
Aerozole z pióropusza utrzymywały się w stratosferze przez prawie miesiąc po erupcji i mogą pozostać przez rok lub dłużej, powiedział badacz atmosfery Ghassan Taha z NASA Goddard Space Flight Center. Emisje wulkaniczne mogą potencjalnie wpływać na lokalną pogodę i globalny klimat. Jednak Taha zauważył, że obecnie wydaje się mało prawdopodobne, aby pióropusz Tonga miał znaczący wpływ na klimat, ponieważ miał niską zawartość dwutlenku siarki – emisji wulkanicznej, która powoduje ochłodzenie – ale dużo pary wodnej, co odpowiada za jego imponującą wysokość.
„Połączenie wulkanicznego ciepła i ilości przegrzanej wilgoci z oceanu sprawiło, że ta erupcja była bezprecedensowa. To było jak hiperpaliwo na mega-burzę” – powiedział Bedka. „Pióropusz wzniósł się 2,5 razy wyżej niż jakakolwiek burza, jaką kiedykolwiek zaobserwowaliśmy, a erupcja wygenerowała niesamowitą ilość błyskawic. To właśnie sprawia, że jest to ważne z perspektywy meteorologicznej”.
Zdjęcia i wideo z Obserwatorium Ziemi NASA wykonane przez Joshuę Stevensa, wykorzystujące dane dzięki uprzejmości Kristophera Bedki i Konstantina Khlopenkov/NASA Langley Research Center oraz obrazy GOES-17 dzięki uprzejmości NOAA i National Environmental Satellite, Data and Information Service (NESDIS). Opowieść Sofie Bates, zespołu wiadomości o Ziemi NASA, z Mikiem Carlowiczem.
Zobacz również nasze szczegółowe prognozy:
