La erupción explosiva del volcán Hunga Tonga-Hunga Ha'apai ocurrió a unos 9.600 kilómetros de Alaska
Las ondas atmosféricas de una masiva erupción volcánica en el Pacífico Sur en 2022 crearon ondas sísmicas que penetraron la Tierra al menos 5 kilómetros en Alaska, lo que creó una oportunidad para emplear un inusual método para observar el subsuelo profundo del estado.
Ken Macpherson, científico del Instituto Geofísico de la Universidad de Alaska Fairbanks, y otros investigadores analizaron el acoplamiento de las ondas de presión atmosférica con el suelo para determinar la velocidad a la que las ondas sísmicas viajaron a través de la corteza superior de Alaska.
Las propiedades del material del subsuelo, como la dureza, que controla la velocidad sísmica, se pueden inferir mediante el examen de la fuerza relativa de las ondas de presión entrantes y las ondas sísmicas resultantes. Piensa en ello como soplar sobre la superficie de un recipiente de gelatina Jell-O en comparación con soplar sobre una bandeja de masa de brownie con la misma fuerza: podrías ver la gelatina temblar, pero los brownies no se moverían mucho porque el material es más rígido.
"Las ondas de presión de Hunga-Tonga nos han proporcionado mucha más información sobre cómo se propagan las ondas sísmicas en Alaska", afirmó Macpherson.
La erupción
La erupción explosiva del volcán Hunga Tonga-Hunga Ha'apai, en el Reino de Tonga y a unos 9.600 kilómetros de Alaska, ocurrió el 15 de enero de 2022. Las ondas atmosféricas de la erupción fueron las más grandes conocidas de un volcán desde la erupción del Krakatoa en 1883.
"Hunga Tonga fue una explosión sin precedentes en la era de la instrumentación", afirmó Macpherson, del Centro Técnico Wilson de Alaska del instituto. "Esas ondas de presión sacudieron Alaska, a 9.600 kilómetros de distancia, lo cual me parece realmente extraordinario. Muchas de ellas fueron ondas de largo período y, en consecuencia, sacudieron la Tierra a gran profundidad".
Una red de 150 barómetros, sensores de infrasonido y sismómetros ubicados en Alaska registró los datos de la erupción utilizados en la investigación de Macpherson.
Obtener información mediante acoplamiento aire-tierra a una profundidad de 5 kilómetros es poco común. Esto se debe a que las ondas sísmicas producidas mediante acoplamiento suelen tener una longitud de onda más corta, a menos que la fuente de energía sea algo realmente enorme.
"Debido a que la explosión de Hunga fue tan enorme, las ondas de presión que viajaron la larga distancia hasta Alaska fueron lo suficientemente potentes como para sacudir la Tierra y, por lo tanto, fueron ideales para un estudio de acoplamiento", dijo Macpherson.
Acoplamiento aire-tierra
¿Cómo sacude el suelo una onda de presión atmosférica? ¿Y cómo puede hacerlo a 5 kilómetros de profundidad?
Las potentes ondas de presión de una erupción o explosión volcánica generan rápidos cambios en la presión atmosférica al viajar por la atmósfera. Al tocar el suelo, estas ondas de presión ejercen presión sobre la superficie en un proceso denominado acoplamiento aire-tierra, que transfiere energía al interior de la Tierra.
La energía se transfiere a través de un proceso descrito como la Segunda Ley de Newton, que establece que una fuerza aplicada hace que las partículas se muevan superando su inercia. Ese movimiento de partículas crea ondas sísmicas que contienen energía mecánica en dos formas: energía cinética de las partículas en movimiento y energía elástica de la deformación temporal de la corteza a medida que la onda pasa a través de ella.
Imagen: Un satélite de la NASA observó la erupción explosiva del Hunga Tonga-Hunga Ha‘apai en el Pacífico Sur. Imagen de Joshua Stevens/Observatorio Terrestre de la NASA, utilizando el GOES-17. Crédito: Administración Nacional Oceánica y Atmosférica y Servicio Nacional de Satélites, Datos e Información Ambientales.
Ondas de información
El estudio de la velocidad puede ser una herramienta adicional para el análisis del riesgo sísmico, ya que la velocidad de las ondas afecta el nivel de movimiento del terreno.
"Si una onda que se propaga en un material profundo y viaja rápido, pero de repente choca con un material más blando, la conservación de la energía dice: 'Bueno, voy más lento, pero aún tengo la misma energía'", explicó Macpherson. "Eso significa que las amplitudes aumentan, lo que provoca temblores más fuertes.
"El simple hecho de conocer esas velocidades de la corteza superior es útil para el análisis de riesgos sísmicos. También es beneficioso para operadores de redes como el Centro de Terremotos de Alaska, ya que pueden aplicar con precisión la velocidad de la corteza debajo de una estación sísmica específica para aumentar potencialmente la precisión de la localización de terremotos".
El trabajo de Macpherson también puede ser particularmente útil en tomografía, una técnica que utilizan los sismólogos para crear imágenes tridimensionales del interior de la Tierra mediante el análisis de cómo se propagan las ondas sísmicas a través de diferentes materiales. La tomografía revela variaciones en propiedades como la densidad o la velocidad, lo que ayuda a los científicos a cartografiar el subsuelo profundo.
"Para realizar una tomografía correctamente, es necesario realizar una corrección cortical, ya que las velocidades en la corteza superior son muy diferentes de las velocidades más profundas que se buscan", explicó. "Si se conoce algo sobre la corteza, se puede aplicar una corrección que mejora la tomografía a distancias de decenas a cientos de kilómetros".
La investigación sobre la velocidad sísmica a profundidades de 30 metros, 2 kilómetros y 5 kilómetros se publicó en la revista Seismica: Alaska Upper Crustal Velocities Revealed by Air-to-Ground Coupled Waves From the 2022 Hunga Tonga-Hunga Ha’apai Eruption
