La mayor erupción volcánica del siglo llegó a interrumpir las señales de los satélites

Las comunicaciones satelitales fueron interrumpidas durante la erupción del volcán Tonga de 2021. Esta está considerada como la mayor del siglo XXI, y es que la atronadora erupción pudo escucharse a cientos de kilómetros de distancia y sus cenizas y vapor fueron expulsadas a unos 20 kilómetros de altura.

De hecho, los investigadores han llegado a indicar que las inusuales altas temperaturas sufridas en los últimos meses en amplias zonas del planeta pueden deberse a que la erupción envió 150 millones de litros de vapor de agua a la atmósfera, lo que podría estar incrementando el efecto invernadero.

Ahora, además, gracias a esta explosión se ha sabido que una onda de presión de aire provocada por erupciones volcánicas puede provocar una burbuja de plasma ecuatorial (EPB) en la ionosfera, interrumpiendo gravemente las comunicaciones satelitales. El hallazgo ha sido resultado de observaciones ionosféricas satelitales y terrestres con ocasión de la erupción explosiva del volcán de Tonga, que ha sido publicado en la revista Scientific Reports.

La ionosfera es la región de la atmósfera superior de la Tierra donde las moléculas y los átomos son ionizados por la radiación solar, creando iones cargados positivamente. El área con la mayor concentración de partículas ionizadas se llama la región F, un área de 150 a 800 kilómetros sobre la superficie de la Tierra. La región F juega un papel crucial en la comunicación por radio a larga distancia, reflejando y refractando las ondas de radio utilizadas por los sistemas de seguimiento por satélite y GPS de vuelta a la superficie de la Tierra.

Estas importantes transmisiones pueden verse interrumpidas por irregularidades en la región F. Durante el día, la ionosfera es ionizada por la radiación ultravioleta del Sol, creando un gradiente de densidad de electrones con la mayor densidad cerca del ecuador. Sin embargo, las interrupciones de esto, como el movimiento del plasma, los campos eléctricos y los vientos neutrales, pueden causar la formación de una irregularidad localizada de densidad de plasma mejorada. Esta región puede crecer y evolucionar, creando una estructura similar a una burbuja llamada EPB. EPB puede retrasar las ondas de radio y degradar el rendimiento del GPS.

Dado que estos gradientes de densidad pueden verse afectados por las ondas atmosféricas, durante mucho tiempo se ha planteado la hipótesis de que están formados por eventos terrestres como la actividad volcánica.

Para un equipo internacional dirigido por el Instituto de Investigación Ambiental Espacial-Tierra (ISEE) de la Universidad de Nagoya, la erupción del volcán Tonga les ofreció una oportunidad perfecta para probar esta teoría.

La erupción del volcán Tonga fue la mayor erupción submarina de la historia. Esto permitió al equipo probar su teoría utilizando el satélite Arase para detectar ocurrencias de EPB, el satélite Himawari-8 para verificar la llegada inicial de ondas de presión de aire y observaciones ionosféricas en tierra para rastrear el movimiento de la ionosfera. Observaron una estructura irregular de la densidad de electrones a lo largo del ecuador que se produjo después de la llegada de las ondas de presión generadas por la erupción volcánica.

«Los resultados de este estudio mostraron EPB generados en la ionosfera de latitud ecuatorial a baja en Asia en respuesta a la llegada de ondas de presión causadas por erupciones volcánicas submarinas frente a Tonga», dijo Shinbori.

El grupo también hizo un descubrimiento sorprendente. Por primera vez, demostraron que las fluctuaciones ionosféricas comienzan de unos minutos a unas horas antes que las ondas de presión atmosférica involucradas en la generación de burbujas de plasma. Esto podría tener implicaciones importantes porque sugiere que el modelo del acoplamiento geosfera-atmósfera-cosmósfera, que establece que las perturbaciones ionosféricas solo ocurren después de la erupción, necesita revisión.

«Nuestro nuevo hallazgo es que las perturbaciones ionosféricas se observan varios minutos u horas antes de la llegada inicial de las ondas de choque provocadas por la erupción volcánica de Tonga», dijo Shinbori. «Esto sugiere que la propagación de las ondas atmosféricas rápidas en la ionosfera desencadenó las perturbaciones ionosféricas antes de la llegada inicial de las ondas de choque. Por lo tanto, el modelo debe revisarse para tener en cuenta estas ondas atmosféricas rápidas en la ionosfera».

También encontraron que el EPB se extendía mucho más allá de lo previsto por los modelos estándar. «Estudios previos han demostrado que la formación de burbujas de plasma a altitudes tan altas es algo poco común, lo que lo convierte en un fenómeno muy inusual», dijo Shinbori. «Descubrimos que el EPB formado por esta erupción llegó al espacio incluso más allá de la ionosfera, lo que sugiere que debemos prestar atención a la conexión entre la ionosfera y la cosmosfera cuando ocurren fenómenos naturales extremos, como el evento de Tonga».

«Los resultados de esta investigación son significativos, no solo desde un punto de vista científico, sino también desde el punto de vista del clima espacial y la prevención de desastres», dijo. «En el caso de un evento a gran escala, como la erupción del volcán Tonga, las observaciones han demostrado que se puede formar un agujero en la ionosfera incluso en condiciones que se consideran poco probables en circunstancias normales. Tales casos no se han incorporado al espacio. modelos de pronóstico del tiempo. Este estudio contribuirá a la prevención de fallas de comunicación y transmisión satelital asociadas con perturbaciones ionosféricas causadas por terremotos, erupciones volcánicas y otros eventos».