L’eruzione Hunga Ha’apai dell’isola di Tonga ha raggiunto un crescendo esplosivo il 15 gennaio 2022. Il suo rapido rilascio di energia ha generato uno tsunami oceanico che ha causato danni fino alla costa occidentale degli Stati Uniti, ma ha anche generato onde di pressione nell’atmosfera che si sono rapidamente diffuse in tutto il mondo.
Lo schema delle onde atmosferiche vicino all’eruzione era piuttosto complicato, ma a migliaia di chilometri di distanza sembrava un fronte d’onda isolato che viaggiava orizzontalmente a oltre 1.045 chilometri all’ora mentre si diffondeva.
James Garvin della NASA, scienziato capo del Goddard Space Flight Center, ha spiegato che l’agenzia spaziale ha stimato che l’esplosione sia stata di circa 10 megatoni di TNT equivalente, circa 500 volte più potente della bomba sganciata su Hiroshima. Dai satelliti che osservavano con i sensori a infrarossi sopra, l’onda sembrava un’increspatura prodotta facendo cadere un sasso in un lago.
Diffuso in tutto il mondo
L’impulso ha registrato disturbi della pressione atmosferica che sono durati diversi minuti mentre si spostava sul Nord America, l’India, l’Europa e molti altri luoghi del mondo. Online, le persone hanno seguito l’andamento in tempo reale mentre si pubblicavano le osservazioni barometriche sui social media. L’onda si è diffusa in tutto il mondo ed è tornata in circa 35 ore.
L’espansione del fronte d’onda dell’eruzione di Tonga è stato un esempio particolarmente spettacolare del fenomeno della propagazione delle onde atmosferiche globali, osservato dopo altri eventi storici esplosivi, inclusi i test nucleari. Questa eruzione è stata così potente da far suonare l’atmosfera come una campana, anche se a una frequenza troppo bassa per essere udita. È un fenomeno teorizzato per la prima volta oltre 200 anni fa.
La prima onda di pressione che attirò l’attenzione scientifica fu prodotta dalla grande eruzione del monte Krakatoa in Indonesia nel 1883. L’impulso d’onda di Krakatoa è stato rilevato in osservazioni barometriche in luoghi in tutto il mondo. La comunicazione allora era più lenta, ovviamente, ma nel giro di pochi anni gli scienziati avevano combinato le varie osservazioni individuali e sono stati in grado di tracciare su una mappa del mondo la diffusione del fronte di pressione nelle ore e nei giorni successivi all’eruzione. Il fronte d’onda ha viaggiato al di fuori di Krakatoa ed è stato osservato fare almeno tre giri completi in tutto il mondo.
Le onde osservate dopo il Krakatoa o la recente eruzione di Tonga sono onde sonore a frequenza molto bassa. La propagazione si verifica quando le variazioni di pressione locali producono una forza sull’aria adiacente, che poi accelera, provocando espansione o compressione con conseguenti variazioni di pressione, che a loro volta forzano l’aria ulteriormente lungo il percorso dell’onda.
Nella nostra normale esperienza con le onde sonore ad alta frequenza, ci aspettiamo che il suono viaggi in linea retta, diciamo, da un razzo che esplode direttamente nell’orecchio dello spettatore a terra. Ma questi impulsi di pressione globale hanno la particolarità di propagarsi solo orizzontalmente e quindi di piegarsi seguendo la curvatura della Terra.
Una teoria delle onde che abbracciano la Terra
Più di 200 anni fa, il grande matematico, fisico e astronomo francese Pierre-Simon de Laplace predisse tale comportamento. Laplace ha basato la sua teoria sulle equazioni fisiche che governano i moti atmosferici su scala globale. Ha predetto che ci dovrebbe essere una classe di moti nell’atmosfera che si propagano rapidamente ma abbracciano la superficie terrestre. Laplace ha mostrato che le forze di gravità e la galleggiabilità atmosferica favoriscono i movimenti orizzontali dell’aria rispetto ai movimenti verticali dell’aria e un effetto è quello di consentire ad alcune onde atmosferiche di seguire la curvatura della Terra.
Per la maggior parte del 19° secolo, questa sembrava un’idea piuttosto astratta. Ma i dati sulla pressione dopo l’eruzione del Krakatoa nel 1883 hanno mostrato drammaticamente che Laplace aveva ragione e che questi movimenti che abbracciano la Terra possono essere eccitati e propagarsi su enormi distanze.
La comprensione di questo comportamento è usata oggi per rilevare esplosioni nucleari lontane. Ma le piene implicazioni della teoria di Laplace per la vibrazione di fondo dell’atmosfera globale sono state confermate solo di recente.
Suona come una campana
Un’eruzione che fa risuonare l’atmosfera come una campana è una manifestazione del fenomeno teorizzato da Laplace. Lo stesso fenomeno è presente anche come vibrazioni globali dell’atmosfera. Queste oscillazioni globali, analoghe al movimento avanti e indietro dell’acqua in una vasca da bagno, sono state rilevate solo di recente.
Le onde possono collegare rapidamente l’atmosfera in tutto il mondo, come le onde che si propagano attraverso uno strumento musicale come una corda di violino, una pelle di tamburo o una campana di metallo. L’atmosfera può “suonare” e lo fa su un insieme di frequenze distinte.
Queste oscillazioni atmosferiche globali sono a una frequenza troppo bassa per essere ascoltate, ma sono continuamente eccitate da tutti gli altri movimenti nell’atmosfera, fornendo una “musica di sottofondo” molto fluida ma persistente per le fluttuazioni meteorologiche più drammatiche nella nostra atmosfera.
