Une nouvelle analyse publiée dans Science montre que l'éruption du volcan Hunga Tonga-Hunga Haʻapai aux Tonga le 15 janvier 2022 a créé le nuage volcanique le plus élevé jamais enregistré. C'est la première fois qu'un panache volcanique pénètre dans la stratopause.

Les chercheurs dirigés par Simon Proud, scientifique principal du Centre national d'observation de la Terre de l'Université d'Oxford et de l'installation spatiale RAL du Conseil des installations scientifiques et technologiques, ont utilisé des images satellite géostationnaires de l'éruption pour montrer que son nuage volcanique avait atteint une altitude de 57 km  au-dessus du niveau de la mer à son point le plus élevé. 

Cela place le panache dans la mésosphère inférieure et fournit des preuves d'observation d'une éruption volcanique injectant des matériaux à travers la stratosphère et directement dans la mésosphère.

La mésosphère atteint environ 48 km à 80 km de haut et constitue la troisième couche de l'atmosphère, au-dessus de la troposphère et de la stratosphère. Les météores tombant sur terre brûlent souvent dans la mésosphère, provoquant des étoiles filantes dans le ciel nocturne. C'est la partie la plus froide de l'atmosphère terrestre, avec des températures près du sommet atteignant aussi bas que -143 ° C. 

Dans l'étude, les auteurs discutent des implications potentielles de cette injection et suggèrent que l'altitude atteinte par les panaches des éruptions précédentes, comme l'éruption du mont Pinatubo en 1991, a peut-être été sous-estimée en raison d'un manque de données d'observation.

La hauteur du panache volcanique du mont Pinatubo est estimée à 40 km. C'est la première fois qu'un panache volcanique atteint la mésosphère est observé. Krakatau dans les années 1800 aurait pu faire aussi bien, mais les scientifiques ne disposent pas de suffisamment de détails pour le confirmer.

Normalement, la hauteur d'un panache volcanique peut être estimée en mesurant la température à son sommet et en la comparant aux températures de l'air standard trouvées à différentes altitudes. En effet, dans la troposphère, la couche la plus basse de l'atmosphère terrestre, la température diminue avec l'altitude.

Mais, si l'éruption est si importante que le panache pénètre dans les couches supérieures de l'atmosphère, cette méthode devient peu fiable, car les températures de l'air recommencent à augmenter avec l'altitude. Pour surmonter ce problème, les chercheurs ont développé une technique basée sur un phénomène appelé "l'effet de parallaxe".

L'emplacement du volcan Tonga est couvert par trois satellites météorologiques géostationnaires, à 36 000 km dans l'espace, de sorte que les chercheurs ont pu appliquer l'effet de parallaxe aux images aériennes qu'ils ont capturées. Surtout, pendant l'éruption elle-même, les satellites ont enregistré des images toutes les 10 minutes, permettant de documenter les changements rapides de la trajectoire du panache.

Il y a trente ans, lorsque Pinatubo est entré en éruption, les satellites étaient loin d'être aussi bons qu'aujourd'hui. Ils ne pouvaient scanner la terre que toutes les 30 minutes. Ou peut-être même toutes les heures . Les scientifiques pensent que pour le Pinatubo, le pic de l'activité et les points où elle est la plus élevée est tombée entre deux des images satellites et que le panache est probablement allé un peu plus haut que les estimations que nous avons pour sa hauteur.

Cette éruption a mis beaucoup d'eau dans la mésosphère, qui est généralement une partie très sèche de l'atmosphère. Cela fait de l'éruption un cas de test utile pour savoir dans quelle mesure les modèles climatiques et météorologiques peuvent faire face à des conditions inattendues et extrêmes.

Les chercheurs ont maintenant l'intention de construire un système automatisé pour calculer les hauteurs des panaches volcaniques en utilisant la méthode de la parallaxe.

L'éruption des Tonga s'est produite sous la mer, à environ 65 km de l'île principale du pays, provoquant des tsunamis ressentis jusqu'en Russie, aux États-Unis et au Chili. Les vagues ont fait six morts, dont deux personnes au Pérou, à 10 000 km de là.