Vulcano Tonga, misteriose onde avvolgono la Terra dopo l’eruzione

© REUTERS / CIRA/NOAAVulcano sottomarino a Tonga
Vulcano sottomarino a Tonga - Sputnik Italia, 1920, 03.02.2022
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All'inizio questo fenomeno unico è stato attribuito alle onde gravitazionali.
Un'eruzione vulcanica al largo della costa di Tonga ha causato misteriose increspature concentriche nell'atmosfera. Prima di allora, niente di simile era stato registrato dagli scienziati. Le increspature sono state rilevate sia in superficie che ad alta quota nella ionosfera. Questo fenomeno unico è stato attribuito alle onde gravitazionali, ma è emersa una complessità ben maggiore.
Un vulcano e le onde gravitazionali atmosferiche
Il vulcano Hunga-Tonga-Hunga-Hapai, al largo della costa del regno insulare di Tonga, si è risvegliato nel dicembre 2021 ed ha eruttato un mese dopo. Ha generato terremoti e tsunami, che hanno raggiunto la costa del Perù dall'altra parte dell'Oceano Pacifico. Un'enorme nuvola di cenere si è elevata a una ventina di chilometri nella stratosfera. Il suono dell'esplosione è stato sentito a migliaia di chilometri di distanza, nel Territorio dello Yukon, in Canada, e le onde infrasonore, ossia inferiori alla soglia dell'udito umano, sono state captate da strumenti in tutto il mondo.
Inoltre, l'eruzione ha causato massicce vibrazioni nell'atmosfera, chiamate onde gravitazionali atmosferiche, che sono state rilevate dal satellite Aquadella NASA poche ore dopo. Le immagini catturate mostrano decine di cerchi concentrici, ognuno dei quali costituisce un'onda in rapido movimento.
Le onde acustico-gravitazionali (AGW) sono ben note ai fisici atmosferici, ma non sono mai state rilevate così chiaramente in relazione a eruzioni vulcaniche. Generalmente, le AGW più potenti sono associate a terremoti, tsunami e ad alcuni eventi causati dall'uomo, come i lanci di razzi o le esplosioni. Le onde più piccole sono causate da una varietà di fenomeni, quali movimenti del fronte atmosferico, temporali, tempeste geomagnetiche, brillamenti solari o anche variazioni diurne a livello atmosferico.
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"Non c'è niente di insolito in queste onde", sostiene Sergey Pulinets, ricercatore capo presso l'Istituto di ricerca spaziale dell'Accademia nazionale russa delle Scienze, nonché dottore in scienze fisiche e matematiche. “In sostanza, sono onde sonore, solo con vibrazioni molto basse, quindi non le sentiamo. Come ogni suono, appaiono quando l'aria si comprime o espande, quando le masse atmosferiche si mettono in movimento".
Le onde generate dall'esplosione del vulcano hanno fatto il giro del mondo diverse volte e i barometri in varie parti del pianeta hanno registrato diversi picchi (circa 1,5 millibar) di aumento della pressione. A Seattle, sulla costa occidentale degli Stati Uniti, il picco è stato così forte da dissipare la tradizionale nebbia locale, riferisce l'ufficio locale del National Weather Service. Nel Regno Unito, a circa 16.500 chilometri dalle isole Tonga, la prima onda è stata registrata 14 ore dopo l'eruzione, il che ha ci ha consentito di determinare la sua velocità, pari a circa 330 metri al secondo. Questo corrisponde all'incirca alla velocità del suono. Le onde successive sono state registrate da barometri particolarmente sensibili per altre 24 ore.
L'onda iniziale si è sentita in tutto il mondo. Tutte le 53 stazioni di monitoraggio di infrasuoni dell’Organizzazione del Trattato sulla messa al bando totale degli esperimenti nucleari, situate tra 1.800 e 18.000 chilometri dal vulcano, l’hanno captata. Per finalità di comparazione, si consideri che le onde atmosferiche generate dalla Meteora di Chelyabinsk, che scosse la Terra nel 2013, furono captate solo da metà della rete.

Non è semplicemente un’onda

In teoria, una rapida ascesa di aria calda e cenere da un vulcano in eruzione verso la parte superiore dell'atmosfera potrebbe generare onde acustico-gravitazionali su larga scala. Ciò che gli scienziati hanno osservato dopo l'eruzione dell'Hunga-Tonga-Hunga-Hapai, tuttavia, non corrispondeva al modello. Nelle immagini, le oscillazioni sembravano una miscela di onde di diversi tipi e dimensioni.
"La particolarità è che si tratta di un'eruzione sottomarina", osserva Sergey Pulinets. “L'onda sonora generata dall'esplosione stessa e l'onda atmosferica della potente emissione di cenere si sovrappongono. Uno tsunami ne ha causato un altro. La diversa scala ha creato un ricco modello di vibrazioni di diverse frequenze. E poiché si tratta di un atollo isolato in mezzo all'oceano, abbiamo osservato un'onda circolare, non un'onda riflessa, come invece nel caso di un'eruzione sulla costa".
Anche la velocità esplosiva dell'eruzione è stata insolita. Normalmente, i vulcani producono lava e la espellono per giorni, a volte settimane. Qui è successo tutto in pochi minuti, il risultato di un singolo, violento impulso.
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Gli esperti della NASA hanno stimato che la potenza dell'esplosione di Hunga-Tonga-Hunga-Haapai è stata equivalente a 10 megatoni di tritolo. Questo è un valore 500 volte più potente della bomba atomica sganciata su Hiroshima. La colossale detonazione, così come il cedimento sottomarino e lo tsunami ad esso associato, hanno generato uno spettro di onde che si sono propagate nell'atmosfera inferiore e superiore. Oltre alle onde acustiche e gravitazionale, sono stati generati infrasuoni, onde di Lamb e oscillazioni elettromagnetiche nella ionosfera. Secondo gli scienziati, è proprio questa l’unicità degli eventi atmosferici generati dall’eruzione.
Le immagini satellitari hanno catturato le onde che si irradiano, come da un sasso gettato in uno stagno, dal punto in cui il pennacchio di cenere e fumo ha perforato gli strati inferiori dell'atmosfera. Le scariche statiche al suo interno hanno generato una raffica di fulmini vulcanici. I satelliti hanno registrato più di 60.000 fulmini nei 15 minuti dopo l'esplosione iniziale del vulcano, corrispondenti a quasi 70 fulmini al secondo.
Un'onda d'urto atmosferica ha poi iniziato a diffondersi in tutte le direzioni, causando un aumento della pressione atmosferica. Elaborando i dati del satellite GOES-West della NASA, disponibili online, Matthew Barlow, professore di scienze ambientali, terrestri e atmosferiche all'Università Lowell del Massachusetts, ha costruito un'immagine composita del movimento dell'onda iniziale nell'atmosfera terrestre.
La sequenza degli eventi è questa: l'onda d'urto genera un'onda acustica ad alta frequenza, che dopo qualche tempo si trasforma in un'onda a bassa frequenza e poi a un'onda infrasonora. Negli strati superiori dell'atmosfera, dove i gas vengono ionizzati e si dividono in particelle cariche, come ioni ed elettroni, le onde producono vibrazioni elettromagnetiche.
Utilizzando i dati di diversi sensori terrestri e spaziali, la fisica britannica Catherine Mitchell, dell'Università di Bath, ha creato un video nel quale mostra come le onde ionosferiche si sono diffuse dal vulcano verso la Nuova Zelanda nelle ore successive all'eruzione. Possono essere considerate variazioni positive e negative nel computo totale di elettroni. L'American Geophysical Union stima che le onde hanno impiegato 5 ore per raggiungere le coste americane.

Minacce spaziali

Gli scienziati monitorano costantemente le onde elettromagnetiche che si propagano nella ionosfera (una regione dell'atmosfera tra 60 e 1.000 chilometri dalla superficie terrestre) con l'aiuto di strumenti satellitari. All'interno di questa zona (ad una distanza di circa 400 chilometri dalla Terra) orbita l’equipaggio della stazione orbitale internazionale. Per la stazione e per altri veicoli spaziali, i disturbi ionosferici non rappresentano un pericolo. Ma possono influenzare il funzionamento dei sistemi di navigazione satellitare, come GPS o GLONASS. I satelliti veri e propri sono in realtà molto più lontani, da 20.000 a 26.000 chilometri dalla Terra, ma i loro segnali possono essere deviati finendo nella ionosfera.
"L'onda generata dal satellite raggiunge la Terra con un certo ritardo. Ulteriori disomogeneità nella ionosfera introducono errori di diverse decine di metri. Vi sono apposite figure professionali incaricate di monitorare questi errori e rimuoverli, in quanto qualsivoglia errore di navigazione può generare incidenti”, spiega Pulinets.
È sorprendente il fatto che 7 giorni dopo l'eruzione le onde acustico-gravitazionali si stessero ancora diffondendo, ruotando intorno al globo per la decima volta. Sono state rilevate nella gamma dell’infrarosso dai satelliti geostazionari GOES-16 e GOES-17.
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