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A erupção de Tonga foi tão intensa que fez a atmosfera soar como um sino

Pergunte a Grypachevskaya / Unsplash

O Povo do Sudeste erupção atingiu um crescendo explosivo em 15 de janeiro de 2022. liberação rápida de energia alimentou um tsunami oceânico que causou danos tão distantes quanto a costa oeste dos EUA, mas também gerou ondas de pressão na atmosfera que se espalharam rapidamente pelo mundo.

O padrão de ondas atmosféricas próximo à erupção foi bastante complicado , mas a milhares de quilômetros de distância, apareceu como uma frente de onda isolada viajando horizontalmente a mais de 650 milhas por hora à medida que se espalhava.

James Garvin, da NASA, cientista-chefe do Goddard Space Flight Center, disse à NPR que a agência espacial estimou a explosão foi de cerca de 10 megatons de TNT equivalente, cerca de 500 vezes mais poderoso do que a bomba lançada sobre Hiroshima, no Japão, durante a Segunda Guerra Mundial. Dos satélites que observavam com sensores infravermelhos acima, a onda parecia uma ondulação produzida pela queda de uma pedra em um lago.

O pulso registrado como perturbações na pressão atmosférica com duração de vários minutos enquanto se movia sobre América do Norte , Índia , Europa e muitos outros lugares ao redor do globo. Online, as pessoas acompanharam o progresso do pulso em tempo real enquanto os observadores postavam suas observações barométricas nas mídias sociais. A onda se propagou por todo o mundo e voltou em cerca de 35 horas.

Representação fascinante da onda de pressão associada à erupção de Tonga enquanto ela se movia pelos EUA hoje.
RT @akrherz : Mudança de altímetro de pressão de 15 minutos via dados de intervalo de 5 minutos ASOS NWS/MADIS. Mostra a onda de choque do #Tongaerupção . pic.twitter.com/qdArMC008Y

- NWS Milwaukee (@NWSMilwaukee) 15 de janeiro de 2022

eu sou um meteorologista que estudou o oscilações da atmosfera global para quase quatro décadas . A expansão da frente de onda da erupção de Tonga foi um exemplo particularmente espetacular do fenômeno de propagação global de ondas atmosféricas, que foi visto após outros eventos explosivos históricos, incluindo testes nucleares.

Esta erupção foi tão poderosa que fez com que a atmosfera soasse como um sino, embora em uma frequência muito baixa para ouvir. É um fenômeno teorizado pela primeira vez há mais de 200 anos.

Krakatoa, 1883

A primeira onda de pressão que atraiu a atenção científica foi produzida pelo grande erupção do Monte Krakatoa na Indonésia em 1883.

O pulso de onda Krakatoa foi detectado em observações barométricas em locais em todo o mundo. A comunicação era mais lenta naqueles dias, é claro, mas dentro de alguns anos, cientistas combinaram as várias observações individuais e foram capazes de traçar em um mapa do mundo a propagação da frente de pressão nas horas e dias após a erupção.

A frente de onda viajou para fora de Krakatoa e foi observada fazendo pelo menos três viagens completas ao redor do mundo . A Royal Society of London publicou uma série de mapas que ilustram a propagação da frente de onda em um famoso relatório de 1888 sobre a erupção.

Mapas de um relatório de 1888, mostrados aqui como um loop animado, revelam a posição a cada duas horas da onda de pressão da erupção do Krakatoa em 1883. Kevin Hamilton, baseado em imagens da Royal Society of London, CC BY-ND

As ondas vistas após o Krakatoa ou a recente erupção de Tonga são ondas sonoras de frequência muito baixa. A propagação ocorre à medida que as mudanças de pressão locais produzem uma força no ar adjacente, que então acelera, causando uma expansão ou compressão com mudanças de pressão que o acompanham, o que, por sua vez, força o ar mais ao longo do caminho da onda.

Em nossa experiência normal com ondas sonoras de alta frequência, esperamos que o som viaje em linhas retas, digamos, de um foguete explodindo diretamente ao ouvido do espectador no chão. Mas esses pulsos de pressão global têm a peculiaridade de se propagarem apenas horizontalmente e, portanto, se curvarem à medida que seguem a curvatura da Terra.

Uma teoria das ondas que abraçam a Terra

Há mais de 200 anos, o grande matemático, físico e astrônomo francês Pierre Simon de Laplace previu tal comportamento.

Laplace baseou sua teoria nas equações físicas que governam os movimentos atmosféricos em escala global. Ele previu que deveria haver uma classe de movimentos na atmosfera que se propagam rapidamente, mas abraçam a superfície da Terra. Laplace mostrou que as forças da gravidade e a flutuabilidade atmosférica favorecem os movimentos horizontais do ar em relação aos movimentos verticais do ar, e um efeito é permitir que algumas ondas atmosféricas sigam a curvatura da Terra.

Durante a maior parte do século 19, isso parecia uma ideia um tanto abstrata. Mas os dados de pressão após a erupção do Krakatoa em 1883 mostraram de maneira dramática que Laplace estava correto e que esses movimentos que abraçam a Terra podem ser excitados e se propagam por enormes distâncias.

A compreensão desse comportamento é usada hoje para detectar explosões nucleares distantes . Mas todas as implicações da teoria de Laplace para a vibração de fundo da atmosfera global só recentemente foram confirmados .

Tocando como um sino

Uma erupção que faz a atmosfera soar como um sino é uma manifestação do fenômeno que Laplace teorizou. O mesmo fenômeno também está presente como vibrações globais da atmosfera.

Essas oscilações globais, análogas ao movimento da água para frente e para trás em uma banheira, têm apenas recentemente foi detectado de forma conclusiva .

As ondas podem conectar a atmosfera rapidamente em todo o globo, como as ondas que se propagam através de um instrumento musical, como uma corda de violino, pele de tambor ou sino de metal. A atmosfera pode e toca em um conjunto de frequências distintas.

Em 2020, meu colega da Universidade de Kyoto Takatoshi Sakazaki e eu pude usar observações modernas para confirmar as implicações da teoria de Laplace para o vibrações globalmente coerentes da atmosfera . Analisando um conjunto de dados recém-lançado de pressão atmosférica a cada hora por 38 anos em locais em todo o mundo, fomos capazes de identificar os padrões e frequências globais que Laplace e outros que o seguiram teorizaram.

Essas oscilações atmosféricas globais são de frequência muito baixa para serem ouvidas, mas são excitadas continuamente por todos os outros movimentos na atmosfera, proporcionando uma música de fundo muito suave, mas persistente às flutuações meteorológicas mais dramáticas na nossa atmosfera.

O trabalho de Laplace foi um primeiro passo no caminho para o nosso moderno previsão do tempo por computador .

Este artigo é republicado de A conversa sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original .

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