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Tonga, l’eruzione sottomarina del vulcano Hunga

L’eruzione del vulcano sottomarino Hunga-Tonga-Ha’apai è avvenuta Domenica 15 gennaio 2022 alle 17:15 ora locale (le 5:15 in Italia) nell’arcipelago del Sud del Pacifico ed è stata una delle più potenti registrate da decenni nell’area.

Il vulcano Hunga Tonga – Hunga Ha’apai è ubicato nell’Oceano Pacifico nel Regno di Tonga a circa 65 Km dall’isola dove si trova la capitale Tonga e a circa 450 km dalle isole Fiji. Si tratta di una catena di isole ubicate a nord-est della Nuova Zelanda, un’area geologicamente impostata sopra una zona di subduzione della placca pacifica sotto quella australiana. La Nasa ha affermato che la forza dell’eruzione è stata 500 volte più forte a quella della bomba atomica sganciata dagli Stati Uniti su Hiroshima, in Giappone, alla fine della seconda guerra mondiale.

Le onde di tsunami scatenate dall’eruzione fino a oltre 10.000 km di distanza, hanno raggiunto le coste di diversi Paesi che affacciano nel Pacifico, dagli Stati Uniti al Giappone, al Cile, Perù ed Ecuador.

Il vulcano ha prodotto un’eruzione con una gigantesca esplosione generando una nube che si è estesa oltre i 30 km di altezza (stratosfera) e un’onda d’urto (Shock Wave) che si è propagata per tutto il pianeta viaggiando per migliaia di chilometri mantenendo una propagazione di tipo sferico (linee verdi nella figura 1)

figura 1


Il fenomeno è stato osservato da alcuni satelliti geostazionari, le cui immagini in sequenza mostrano non solo l’enorme colonna di fumo prodotta, ma anche lo spostamento di polveri e gas spinte dall’onda d’urto.

La straordinaria potenza dell’eruzione vulcanica è stata immortalata dai satelliti e con essa anche l’onda d’urto che, viaggiando alla velocità del suono, ha percorso l’intero globo. Numerose sono le segnalazioni dei barometri da ogni parte del mondo che hanno catturato il suo passaggio, con un repentino rialzo seguito da un altrettanto calo di pressione.

L’esplosione è stata talmente potente da essere stata registrata negli strumenti di rilevazione di tutto il mondo.

Dopo circa 16 ore di viaggio ed oltre 17mila chilometri percorsi a 1100 km all’ora lungo la superficie terrestre, l’onda d’urto generata dall’eruzione del vulcano sottomarino Hunga Tonga – Hunga Ha’Apai ha raggiunto anche l’Italia. I sensori infrasonici del Laboratorio di Geofisica Sperimentale (LGS) del Dipartimento di Scienze della Terra dell’Università di Firenze presenti sul territorio nazionale così come un sensore infrasonico della Lunitek, ubicato a Sarzana, a partire dalle 20:15 locali del 15 gennaio hanno iniziato a registrare le onde d’urto prodotte dall’esplosione del vulcano (ad una distanza tra i 17300 e i 17900 km di distanza dall’eruzione) con direzione media di provenienza di circa 30°N (linee rosse in Figura 2 e 3). Queste prime onde sono passate a nord della Russia vicino al circolo polare artico ed hanno un periodo molto lungo di circa 5 minuti, al limite delle proprietà fisiche delle onde acustiche (linee azzurre in Figura 1 e 2).

figura 2

Dopo circa 19 ore dall’eruzione, sono state registrate le onde (linea azzurra in Figura 1 e 2) che hanno viaggiato lungo una direzione opposta percorrendo una distanza maggiore, ovvero circa 22600, e passando da sud sull’Antartico, con direzione di provenienza 210°S.

La differenza dei tempi di arrivo ha permesso di calcolare che entrambi i fronti d’onda  si sono propagati con una velocità di circa 310 m/s (circa 1100 km/h), ovvero la velocità apparente di propagazione del suono in alta atmosfera (Figura 3).

figura 3

Il sensore infrasonico della Lunitek

Gli infrasuoni sono onde sonore a bassa frequenza al di sotto della soglia uditiva (20 Hz) ovvero
piccole perturbazioni della pressione atmosferica che, a causa del basso assorbimento atmosferico di tali
basse frequenze, possono propagarsi per migliaia di chilometri e possono essere rilevate da sensori di
pressione.

Il sensore infrasonico differenziale ideato da GECO e oggetto dell’industrializzazione assieme a Lunitek si basa sulla misura differenziale della pressione e sull’utilizzo di un filtro acustico che permette di eliminare la componente stazionaria della pressione atmosferica. La misura della pressione è affidata a sensori elettronici di categoria industriale, che uniscono all’elevata precisione un alta affidabilità e una costanza nel tempo delle prestazioni.

Oltre alle forti eruzioni come quella del vulcano sottomarino Hunga-Tonga-Ha’apai del 15 Gennaio 2022,  molte sono le sorgenti di onde infrasoniche gran parte delle quali prodotte da fenomeni naturali
quali le interazioni non lineari tra onde oceaniche aperte (microbaroms, che genera un segnale a ~0.16 Hz rergistrabile su tutta la superficie terrestre in qualsiasi momento), condizioni meteorologiche avverse, degassamento ed esplosioni vulcaniche minori, rapidi flussi di massa come valanghe e frane, terremoti e
oscillazioni del suolo connesse, mareggiate, onde di montagna. Efficaci sorgenti antropiche di
infrasuono sono invece gli aerei, treni e le perturbazioni generate da forti esplosioni.

Una gamma di sensori con diversa sensibilità e dinamica nonché range di frequenze sono oggetto di industrializzazione da parte di Lunitek, i quali sono in grado di ricoprire i ranges di ampiezza e frequenza di gran parte delle suddette sorgenti infrasoniche consentendone quindi un monitoraggio efficace.

Lo studio dello spettro infrasonico viene spesso effettuato con tecniche di array che permettono di migliorare il rapporto segnale/rumore e di localizzare le sorgenti. In tali tecniche i segnali registrati da sensori posti ad una distanza nota vengono confrontati ed elaborati ed è basilare che la risposta in ampiezza e fase dei sensori sia la stessa. Nel progetto del sensore Lunitek è stata messa una particolare cura al fine di avere prodotti con caratteristiche identiche e quindi immediatamente utilizzabili in array.

In basso è mostrato il segnale infrasonico prodotto dall’eruzione del vulcano Hunga-Tonga-Ha’apai e registrato nei laboratori di Sarzana dal sensore Lunitek M60 ad elevata sensibilità (0.642 V/Pa @1Hz) e medio range di frequenze (0.03 – 200 Hz).

Bibliografia:

GECO S.r.l. , gennaio 2020, “Progetto di industrializzazione di Sensore Infrasonico”, LGS – Laboratorio Geofisica Sperimentale, 19 gennaio 2022, “L’eruzione del vulcano Hunga Tonga Ha’apai del 15 gennaio 2022 – aggiornamento con prima analisi dei dati”