Nowe badanie pokazuje, że pióropusz z erupcji Tonga z początku tego roku wielokrotnie okrążał kulę ziemską w stratosferze. W styczniu tego roku podwodny wulkan Tonga wywołał potężną erupcję, największą w tym stuleciu. Mieszanie gorącego materiału wulkanicznego i zimnej wody oceanicznej spowodowało eksplozję, która wysłała na planetę falę uderzeniową i wywołała tsunami, które zniszczyło lokalne społeczności i dotarło do Japonii. 

Jedyna część krawędzi krateru wystająca ponad wodę zmniejszyła się i podzieliła na dwie wyspy. Pióropusz materii przeleciał prosto przez stratosferę do mezosfery na wysokości ponad 50 km nad powierzchnią Ziemi.

Naukowcy przyjrzeli się bliżej wielu minionym erupcjom wulkanicznym i zbadali, jak wpływały one na klimat. Ale wszystkie te erupcje (głównie erupcja Pinatubo) pochodziły z wulkanów na lądzie. Hunga Tonga jest prawdopodobnie największą erupcją kiedykolwiek zarejestrowaną pod wodą, a pióropusz erupcyjny zawierał niezwykłą ilość pary wodnej – tak bardzo, że zakłócał obserwacje satelitarne na niektórych długościach fal. Teraz naukowcy wykorzystali dane z balonów meteorologicznych do zrekonstruowania pióropusza i śledzenia jego postępu podczas dwóch okrążeń na całym świecie.

Słowem dnia jest radiosonda, czyli niewielki zestaw instrumentów i nadajnik, który można unieść w atmosferę balonem meteorologicznym. Istnieją sieci lokalizacji, w których uruchamiane są radiosondy w ramach usług prognozowania pogody; najistotniejsze dla Hunga Tonga są na Fidżi i Wschodniej Australii. Balon Fidżi był pierwszym, który dostarczył instrumenty do pióropusza erupcyjnego, mniej niż 24 godziny po eksplozji Hunga Tonga.

Ta radiosonda zaobserwowała wzrost poziomu wody w stratosferze z wysokości 19-28 kilometrów. Poziom wody osiągnął maksimum mierzone w górnej części tego zakresu, gdy balon pękł, kończąc pomiary. Ale wkrótce potem na wschodnim wybrzeżu Australii zaczął pojawiać się pióropusz, gdzie ponownie odnotowano bardzo wysoki poziom pary wodnej. Woda ponownie osiągnęła wysokość 28 km, ale w ciągu następnych 24 godzin stopniowo osiadała na niższych wysokościach.

Wody było tak dużo, że nadal się wyróżniała, gdy pióropusz dryfował nad Ameryką Południową. Naukowcy byli w stanie śledzić ją przez sześć tygodni, obserwując, jak dwukrotnie rozprzestrzenia się po Ziemi. Korzystając z niektórych z tych odczytów, naukowcy oszacowali całkowitą objętość chmury pary wodnej, a następnie wykorzystali poziomy zawartości wody do określenia całkowitej ilości wody uwolnionej do stratosfery w wyniku erupcji. Wynik wyniósł 50 miliardów kilogramów. I to jest niskie oszacowanie, bo jak wspomniano powyżej, nad wysokościami, na których zatrzymały się niektóre pomiary, była jeszcze woda.

Erupcje takie jak Mount Pinatubo uwalniają do stratosfery duże ilości odblaskowych aerozoli dwutlenku siarki, które odbijają światło słoneczne z powrotem w kosmos. W efekcie przez kilka lat bezpośrednio po erupcji temperatura powierzchni ochładzała się, ale stopniowo materiał ponownie opadał do atmosfery, w wyniku czego efekt zanikał przez kilka lat. Przynajmniej bezpośrednio po erupcji Hunga Tong nie wydawał się mieć podobnego efektu. Zamiast tego, jak można się spodziewać, para wodna działała jak gaz cieplarniany. Oznaczało to, że energia została pochłonięta przez dolną część pióropusza erupcyjnego, powodując ochłodzenie górnych części o około 2 kelwiny.

Naukowcy podejrzewają, że sama ilość wody w pióropuszu zapobiegła przedostawaniu się większości dwutlenku siarki do stratosfery. A materiał, który dostał się na wysokość, prawdopodobnie szybciej się wypłukał. Naukowcy podejrzewają również, że zmiany składu chemicznego stratosfery mogą wpływać na ilość obecnego tam ozonu, ale do rozwiązania tego problemu może być potrzebny dłuższy monitoring.

Ogólnie można stwierdzić, że erupcja pod wodą ma rzeczywiście duże znaczenie. Erupcje takie jak Hunga Tonga byłyby rzadkie w porównaniu z erupcjami lądowymi, ponieważ erupcja musiałaby nastąpić na stosunkowo małej głębokości, aby wyrzucić materię do stratosfery. Ale kiedy to zrobią, wygląda na to, że wszystko, od chemii atmosfery po wpływy na klimat, będzie inne niż to co znaliśmy do tej pory.