Podwodny wulkan, który wybuchł w styczniu bieżącego roku w pobliżu wyspy Tonga na Pacyfiku, wysłał potężne fale ciśnienia do ziemskiej atmosfery, gdzie kilkakrotnie okrążyły planetę. Jak pokazują nowe badania ostatnim wulkanem, który spowodował tak duże zniekształcenia w atmosferze, był Krakatoa w 1883 roku, podczas jednej z najbardziej niszczycielskich erupcji wulkanicznych w historii.

Naukowcy już wielokrotnie zwracali uwagę, że to zdarzenie związane z falą atmosferyczną było bezprecedensowe we współczesnym okresie. Badanie opublikowane 12 maja w czasopiśmie Science wykazało, że impuls ciśnienia wytworzony przez wulkan Tonga był „porównywalny pod względem amplitudy do erupcji Krakatoa w 1883 roku i o rząd wielkości większy niż erupcja Mount St. Helens w 1980 roku”. Im wyższa amplituda fali, tym erupcja jest intensywniejsza.

Drugie badanie, również opublikowane 12 maja w czasopiśmie Science, sugeruje, że ten potężny impuls nie tylko wzburzył atmosferę, ale także wysłał fale na ocean poniżej. W rzeczywistości fale atmosferyczne generowały małe, szybko zmieniające się tsunami pogodowe – to jest serię fal spowodowanych zaburzeniami ciśnienia powietrza – które uderzyły w wybrzeże na kilka godzin przed zwykłym, sejsmicznym tsunami generowanym przez wybuch wulkanu.

Te małe „zwiastuny” tsunami zaobserwowano na całym świecie, głównie na Oceanie Spokojnym, ale także w Oceanie Atlantyckim i Morzu Śródziemnym. Wysokość tsunami wynosiła od kilku do kilkudziesięciu centymetrów, zależnie od lokalizacji.

Wulkan Tonga - zwany Hunga-Tonga-Hunga-Ha'apai lub po prostu Hunga - znajduje się około 65 km na północny zachód od stolicy Tonga, Nuku'alofa. Jest to jeden z 12 znanych wulkanów podwodnych w łuku wulkanicznym Tonga-Kermadec, strukturze geologicznej, która biegnie wzdłuż zachodniego krańca płyty pacyficznej. Kiedy Hunga wybuchł w połowie stycznia, powstały pióropusz gazu i cząstek wszedł do mezosfery - trzeciej warstwy atmosfery nad powierzchnią Ziemi - i stał się największym pióropuszem wulkanicznym w zapisie satelitarnym.

Ilość energii uwolnionej przez erupcję była porównywalna z tą, którą można było uzyskać z eksplozji od 4 do 18 megaton trotylu lub z jednoczesnej eksplozji ponad 100 bomb wielkości Hiroszimy. Po rekordowej erupcji grupa ponad 70 naukowców z 17 krajów postawiła sobie za zadanie udokumentowanie, jakie fale atmosferyczne zostały wygenerowane przez wybuch. W tym celu zebrali dane z licznych naziemnych i kosmicznych systemów monitorowania, które rejestrowały erupcję w momencie jej wystąpienia. 

Zespół odkrył, że spośród wszystkich fal atmosferycznych generowanych przez eksplozję, tak zwane fale Lamba wyróżniają się jako najbardziej zauważalne. Fale te rozchodzą się po powierzchni Ziemi i są podobne do fal dźwiękowych, ponieważ wytwarzają wibracje w ośrodku, przez który przechodzą. Jednak fale Lamba rozchodzą się z ekstremalnie niskimi częstotliwościami gdzie efekt grawitacji staje się znaczący.

Naukowcy rzadko rejestrują fale Lamba, ponieważ występują one tylko w ogromnych eksplozjach w atmosferze, na skalę wielkich erupcji wulkanicznych i prób jądrowych. Zazwyczaj nie widać ich w małych erupcjach wulkanicznych. Amplituda najwyższych fal Lamba generowanych przez erupcję Hunga wynosiła 450 km, to znaczy uderzały one w jonosferę - gęstą warstwę naładowanych elektrycznie cząstek, która znajduje się na wysokości od 60 do 1000 km nad powierzchnią planety. Przez sześć dni fale te promieniowały z wulkanu, okrążając Ziemię cztery razy w jednym kierunku i trzy razy w drugim.

Opierając się na danych historycznych, erupcja Krakatau w 1883 roku wygenerowała fale Lamba, które okrążyły Ziemię taką samą liczbę razy, stwierdzili naukowcy.  Oprócz ogromnych fal Lamba i szybko poruszającego się tsunami, erupcja Tonga wygenerowała również fale dźwiękowe o niewiarygodnie dalekim zasięgu i fale infradźwiękowe – fale akustyczne o zbyt niskiej częstotliwości, by mogły być słyszane przez ludzi. Warto zauważyć, że słyszalne dźwięki składające się z krótkich, powtarzających się „bumów” zostały nagrane na całej Alasce, ponad 10 tys. km od miejsca erupcji.