Dieses Video in Endlosschleife zeigt eine Reihe von GOES-17-Satellitenbildern, die eine Regenschirmwolke eingefangen haben, die durch den Unterwasserausbruch des Vulkans Hunga Tonga-Hunga Ha’apai am 15. Januar 2022 entstanden ist. Halbmondförmige Stoßwellen am Bug und zahlreiche Blitzeinschläge sind ebenfalls zu sehen sichtbar. Bildnachweis: Bild des NASA Earth Observatory von Joshua Stevens unter Verwendung von GOES-Bildern mit freundlicher Genehmigung von NOAA und NESDIS
Der Ausbruch des Vulkans Hunga sorgt für eine Datenexplosion
Der gigantische Ausbruch des U-Boot-Vulkans Hunga im Südpazifik am 15. Januar 2022 verwüstete den Inselstaat Tonga und erzeugte eine Vielzahl atmosphärischer Wellentypen, darunter Ausbrüche, die 6.200 Meilen (10.000 km) entfernt in Alaska zu hören waren. Es erzeugte auch einen atmosphärischen Impuls, der eine ungewöhnliche Tsunami-ähnliche Störung verursachte, die die Pazifikküste früher erreichte als der eigentliche Tsunami.
Dies sind nur einige der vielen Beobachtungen, die von einem Team von 76 Wissenschaftlern aus 17 Nationen gemeldet wurden, die die atmosphärischen Wellen des Ausbruchs erforschten, die größten bekannten von einem Vulkan seit dem Krakatau-Ausbruch von 1883. Die Arbeit des Teams, die aufgrund des erheblichen wissenschaftlichen Interesses an der Eruption in ungewöhnlich kurzer Zeit zusammengestellt wurde, wurde am 12. Mai 2022 in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaft.
David Fee, Direktor des Wilson Alaska Technical Center am Fairbanks Geophysical Institute der University of Alaska, ist einer der führenden Autoren der Forschungsarbeit und einer von vier an der Forschung beteiligten Wissenschaftlern des Zentrums.
Das Bild der Hunga-Eruption stammt vom Satelliten GOES-17 der National Oceanic and Atmospheric Administration. Kredit: NOAA
Der Hunga-Ausbruch in der Nähe der Insel Tonga hat beispiellose Einblicke in das Verhalten einiger atmosphärischer Wellen geliefert. Ein dichtes Netzwerk von Barometern, Infraschallsensoren und Seismometern in Alaska – betrieben vom Wilson Alaska Technical Center des Geophysical Institute, dem Alaska Volcano Observatory und dem Alaska Earthquake Center – trug zu den Daten bei.
„Wir hoffen, dass wir Vulkanausbrüche und Tsunamis besser überwachen können, indem wir die atmosphärischen Wellen dieses Ausbruchs verstehen“, sagte Fee, die auch die koordinierende Wissenschaftlerin ist am Teil des Alaska Volcano Observatory des Geophysical Institute.
„Die atmosphärischen Wellen wurden weltweit über ein breites Frequenzband aufgezeichnet, und durch die Untersuchung dieses bemerkenswerten Datensatzes werden wir die Erzeugung, Ausbreitung und Aufzeichnung akustischer und atmosphärischer Wellen besser verstehen“, sagte er. „Dies hat Auswirkungen auf die Überwachung von Atomexplosionen, Vulkanen, Erdbeben und einer Vielzahl anderer Phänomene.“
Das obere Bild zeigt Standorte von Instrumenten, die Daten geliefert haben. Das rot-blaue Muster um den Vulkan Hunga ist ein zeitlicher Schnappschuss eines Wettersatelliten, der die durch die Lamb-Welle verursachte atmosphärische Störung zeigt. Das untere Bild zeigt zwei Monate Hunga-Aktivität. Bildnachweis: David Fee
Die Forscher fanden das Verhalten der Lamb-Welle des Ausbruchs besonders interessant, eine Art, die nach ihrem Entdecker von 1917, dem englischen Mathematiker Horace Lamb, benannt wurde.
Die größten atmosphärischen Explosionen, wie z. B. bei Vulkanausbrüchen und Atomtests, erzeugen Lamb-Wellen. Sie können von Minuten bis zu mehreren Stunden dauern.
Eine Lamb-Welle ist eine Art geführte Welle, die sich parallel entlang der Oberfläche eines Materials ausbreitet und sich auch nach oben ausdehnt. Beim Hunga-Ausbruch bewegte sich die Welle entlang der Erdoberfläche und umkreiste den Planeten viermal in einer Richtung und dreimal in der entgegengesetzten Richtung – genau wie bei der Krakatau-Eruption von 1883.
„Lammwellen sind selten. Wir haben nur sehr wenige qualitativ hochwertige Beobachtungen von ihnen“, sagte Fee. „Indem wir die Lamb-Welle verstehen, können wir die Quelle und den Ausbruch besser verstehen. Es ist mit der Tsunami- und Vulkanfahnenbildung verbunden und hängt wahrscheinlich auch mit dem höherfrequenten Infraschall und den Schallwellen des Ausbruchs zusammen.“
Ein NASA-Satellit hat den explosiven Ausbruch von Hunga Tonga-Hunga Ha’apai im Südpazifik festgehalten. Bildnachweis: Bild von Joshua Stevens/NASA Earth Observatory, unter Verwendung von GOES-17-Bildern mit freundlicher Genehmigung der National Oceanic and Atmospheric Administration und des National Environmental Satellite, Data and Information Service
Die Lamb-Welle bestand aus mindestens zwei Pulsen in der Nähe von Hunga, wobei der erste einen sieben- bis zehnminütigen Druckanstieg aufwies, gefolgt von einer zweiten und größeren Kompression und einem anschließenden langen Druckabfall.
Die Welle erreichte auch die Ionosphäre der Erde und stieg laut Daten von Bodenstationen mit 700 Meilen pro Stunde auf eine Höhe von etwa 280 Meilen auf.
Ein wesentlicher Unterschied zwischen der Lamb-Welle der Hunga-Explosion und der Welle von 1883 besteht laut der Zeitung in der Datenmenge, die aufgrund von mehr als einem Jahrhundert technologischer Fortschritte und einer weltweiten Verbreitung von Sensoren gesammelt wurde.
Wissenschaftler stellten weitere Erkenntnisse über atmosphärische Wellen im Zusammenhang mit dem Ausbruch fest, darunter „bemerkenswerter“ Infraschall mit großer Reichweite – Geräusche mit zu niedriger Frequenz, um von Menschen gehört zu werden. Infraschall kam nach der Lamb-Welle und wurde in einigen Regionen von hörbaren Geräuschen gefolgt.
Hörbare Geräusche, die Papiernotizen, reisten etwa 6.200 Meilen nach Alaska, wo sie etwa neun Stunden nach dem Ausbruch als wiederholte Booms im ganzen Bundesstaat zu hören waren.
„Ich habe die Geräusche gehört, dachte aber damals definitiv nicht, dass es sich um einen Vulkanausbruch im Südpazifik handelt“, sagte Fee.
Die Alaska-Berichte sind die am weitesten dokumentierten Berichte über hörbare Geräusche von ihrer Quelle. Das sei zum Teil auf das Wachstum der Weltbevölkerung und Fortschritte in der gesellschaftlichen Konnektivität zurückzuführen, heißt es in dem Papier.
„Wir werden diese Signale jahrelang untersuchen, um zu erfahren, wie die atmosphärischen Wellen erzeugt wurden und wie sie sich so gut über die Erde ausbreiteten“, sagte Fee.
Referenz: „Atmosphärenwellen und globale seismoakustische Beobachtungen der Hunga-Eruption im Januar 2022, Tonga“ von Robin S. Matoza, David Fee, Jelle D. Assink, Alexandra M. Iezzi, David N. Green, Keehoon Kim, Liam Toney, Thomas Lecocq , Siddharth Krishnamoorthy, Jean-Marie Lalande, Kiwamu Nishida, Kent L. Gee, Matthew M. Haney, Hugo D. Ortiz, Quentin Brissaud, Léo Martire, Lucie Rolland, Panagiotis Vergados, Alexandra Nippress, Junghyun Park, Shahar Shani-Kadmiel, Alex Witsil, Stephen Arrowsmith, Corentin Caudron, Shingo Watada, Anna B. Perttu, Benoit Taisne, Pierrick Mialle, Alexis Le Pichon, Julien Vergoz, Patrick Hupe, Philip S. Blom, Roger Waxler, Silvio De Angelis, Jonathan B. Snively, Adam T. Ringler, Robert E. Anthony, Arthur D. Jolly, Geoff Kilgour, Gil Averbuch, Maurizio Ripepe, Mie Ichihara, Alejandra Arciniega-Ceballos, Elvira Astafyeva, Lars Ceranna, Sandrine Cevuard, Il-Young Che, Rodrigo De Negri, Carl W. Ebeling, Läslo G. Evers, Luis E. Franco-Marin, Thomas B. Gabrielson, Katrin Hafner, R. Giles Harrison, Attila Komjathy, Giorgio Lacanna, John Lyons, Kenneth A. Macpherson, Emanuele Marchetti, Kathleen F. McKee, Robert J. Mellors, Gerardo Mendo-Pérez, T. Dylan Mikesell, Edhah Munaibari, Mayra Oyola -Merced, Iseul Park, Christoph Pilger, Cristina Ramos, Mario C. Ruiz, Roberto Sabatini, Hans F. Schwaiger, Dorianne Tailpied, Carrick Talmadge, Jérôme Vidot, Jeremy Webster und David C. Wilson, 12. Mai 2022, Wissenschaft.
DOI: 10.1126/science.abo7063
Weitere an der Forschung beteiligte Wissenschaftler des Geophysical Institute sind der Doktorand Liam Toney, Akustikwellenanalyse, Figuren- und Animationsproduktion; Postdoktorand Alex Witsil, Schallwellenanalyse und äquivalente Explosionsertragsanalyse; und seismoakustischer Forscher Kenneth A. Macpherson, Sensorantwort und Datenqualität. Alle sind beim Wilson Alaska Technical Center.
Das Alaska Volcano Observatory, die National Science Foundation und die US Defense Threat Reduction Agency finanzierten den UAF-Teil der Forschung.
Robin S. Matoza von der University of California, Santa Barbara, ist der Hauptautor der Veröffentlichung.