Cómo surgió la tormenta eléctrica más intensa jamás observada en la Tierra (y qué nos dice sobre los volcanes)

Asomándose en el Océano Pacífico Sur hay dos pequeñas islas, cuya roca oscura contrasta fuertemente con el agua azul que lame sus bordes.

Si bien aparentemente no tienen nada de especial, son todo lo que ahora se ve de un enorme volcán submarino, el Hunga Tonga-Hunga Ha'apai.

Las islas son, de hecho, pequeños picos en el borde de un gran hueco en forma de caldera que es su cráter.

El volcán explotó violentamente en enero de 2022, arrojando 10 km cúbicos de rocas, cenizas y sedimentos hacia el cielo, produciendo una columna de 58 km de altura.

Fue la mayor explosión atmosférica registrada por instrumentos modernos.

La enorme nube volcánica cubrió la región y era tan grande que los astronautas que orbitaban a bordo de la Estación Espacial Internacional podían verla.

La erupción provocó un megatsunami con olas de hasta 45 metros de altura, devastando las islas de Tonga y causando daños en lugares tan lejanos como Rusia, Hawái, Perú y Chile.

Al menos seis personas perdieron la vida en el tsunami, entre ellas dos en Perú.

Pero la explosión y el tsunami no fueron los únicos eventos de récord provocados por la erupción del volcán. También provocó la tormenta de rayos más intensa jamás vista.

"Es una erupción de superlativos", dice Alexa Van Eaton, vulcanóloga del Servicio Geológico de Estados Unidos que dirigió un estudio de la extraordinaria actividad eléctrica dentro de la nube de ceniza producida por el Hunga Tonga-Hunga Ha'apai.

La tormenta eléctrica supercargada fue monitoreada desde el espacio por satélites, ofreciendo una vista incomparable de los relámpagos a gran altura dentro de la columna volcánica.

Y la furia de los relámpagos fue "como ninguna jamás vista", dice Van Eaton, y también ofrece información nueva y valiosa sobre el volcán en sí y lo que sucedió durante la erupción.

Una tormenta sin precedentes

En su apogeo, la tormenta provocada por la columna volcánica sobre el Hunga Tonga-Hunga Ha'apai produjo 2.600 relámpagos por minuto.

Casi 200.000 relámpagos iluminaron el interior de la oscura nube de ceniza durante 11 horas.

Brillantes ráfagas de descargas eléctricas se elevaron 20-30 km sobre el océano, siendo algunos de los relámpagos de mayor altitud jamás registrados.

"Tener rayos en la estratosfera es muy inusual", dice Van Eaton.

Los relámpagos volcánicos no son raros.

El reporte más antiguo que tenemos de ellos es del abogado y escritor romano antiguo Plinio el Joven quien, en una carta a un amigo, describió "destellos en zigzag " que acompañaron la erupción del Monte Vesubio, que destruyó Pompeya en el año 79 d.C.

Pero fue la gran cantidad de rayos generados lo que sorprendió a los vulcanólogos.

"Es más de lo que hemos visto en cualquier parte del planeta, incluidas las supercélulas", dice Peter Rowley, vulcanólogo físico de la Universidad de Bristol, en Reino Unido.

Las supercélulas son una forma severa de tormenta eléctrica que trae intensos relámpagos , lluvias extremas e incluso granizo.

La tormenta eléctrica en la columna volcánica del Hunga Tonga-Hunga Ha'apai fue tan intensa que antenas de radio terrestres a miles de kilómetros de distancia captaron la actividad.

Los investigadores creen que la tormenta se desarrolló porque la expulsión altamente energética de magma atravesó el océano poco profundo.

La roca fundida vaporizó el agua de mar, que se elevó en la columna de cenizas y escombros.

La erupción arrojó más de 146 millones de toneladas de vapor de agua a la estratosfera de la Tierra , agregando un 10% adicional a la cantidad de agua en solo unos días.

La NASA informó más tarde que el volumen de agua era suficiente para llenar el equivalente a 58.000 piscinas olímpicas. El vapor de agua llegó incluso a la mesosfera, una de las capas superiores de la atmósfera.

La interacción entre la ceniza volcánica, las moléculas de agua y las partículas de hielo en la columna, que se formó cuando las gotas de agua se sobreenfriaron en la alta atmósfera, generó grandes cargas eléctricas, produciendo las condiciones perfectas para los rayos.

"Resulta que las erupciones volcánicas pueden crear rayos más extremos que cualquier otro tipo de tormenta en la Tierra", dice Van Eaton.

Pero no fue solo la intensidad del rayo lo que intrigó a Van Eaton y sus colegas.

Anillos concéntricos de relámpagos, centrados en el volcán, se expandieron y contrajeron en el penacho con el tiempo.

"La escala de estos anillos de rayos nos dejó boquiabiertos", dice ella.

"Nunca antes habíamos visto algo así, no hay nada comparable en las tormentas meteorológicas. Se han observado anillos de rayos individuales, pero no múltiples, y son pequeños en comparación".

Los investigadores creen que fue la intensa turbulencia a gran altura creada por la explosión volcánica la responsable.

La gran cantidad de material lanzado hacia arriba por la erupción volcánica alcanzó rápidamente su altura máxima y se expandió hacia el exterior para crear una nube en forma de paraguas de más de 300 km de ancho.

El impulso generado por la explosión hizo que el material de la columna se "sobrepasara" continuamente hacia la estratosfera, generando ondas concéntricas de rápido movimiento conocidas como ondas de gravedad. Fue un poco lanzar guijarros en un estanque.

El relámpago pareció "surfear" estas ondas y se expandió hacia afuera, en un patrón de anillos de 250 km.

"Ver que los anillos de rayos se formaron, o al menos se asociaron, con ondas de gravedad que se movían a través de la nube fue realmente impresionante para nosotros", dice Van Eaton.

Fue la primera vez que los datos demostraron cómo una poderosa columna volcánica puede crear su propio sistema meteorológico, manteniendo las condiciones para la actividad eléctrica en alturas y tasas no observadas anteriormente.

"Es posible que en erupciones muy grandes, este tipo de anillos concéntricos en crecimiento, estas ondas gravitatorias de ceniza, sean seguidas por rayos, tal vez más de lo que pensamos", dice Rowley, quien no participó en el estudio de Van Eaton. Pero dice que se necesitan más datos para estar seguros.

Espectáculo revelador

Los relámpagos ofrecieron más que un espectáculo de luces impresionante: ayudaron a revelar detalles sobre la erupción del Hunga Tonga-Hunga Ha'apai.

Los datos recopilados sobre los rayos a partir de una combinación de imágenes satelitales y datos de una antena de radio terrestre mostraron que el comportamiento del volcán podría definirse en cuatro fases distintas de actividad.

Las tasas de rayos aumentaron y disminuyeron a medida que cambiaba la altura del penacho.

Comenzó con un penacho muy pequeño, "tan débil que nadie le había prestado atención", explica Van Eaton.

Luego, en la fase dos, el penacho comenzó a elevarse a partir de una erupción de mucha mayor intensidad durante varias horas, expulsando una gran cantidad de rocas, cenizas y sedimentos al aire, equivalente a la cantidad de roca necesaria para construir la Gran Pirámide de Giza 3.800 veces.

En la fase tres, la erupción continuó con una intensidad más baja, y la altura del penacho cayó a alrededor de 20 a 30 km de altura, lo que "sigue siendo extraordinario", dice Van Eaton.

Luego hubo una pausa intrigante cuando el volcán aparentemente se tomó un descanso, explica, antes de que la fase cuatro mostrara cómo la erupción disminuía en ferocidad con el tiempo.

"Ser capaz de desentrañar este último suspiro de la fase climática es realmente útil para aquellos que necesitan pronosticar las emisiones de cenizas y su transporte a través de la atmósfera", dice Van Eaton.

Riesgo "subestimado"

En los días que siguieron a la erupción, la enorme nube de cenizas producida por el Hunga Tonga-Hunga Ha'apai fue arrastrada por los vientos a casi 3.000 km al oeste de Australia.

La ceniza puede afectar los suministros de agua y obstaculizar los esfuerzos de ayuda.

También puede ser extremadamente costosa para las aerolíneas: la del volcán islandés Eyjafjallajökull en 2010, por ejemplo, le costó a la industria de la aviación unos US$1.400 millones.

Actualmente es difícil obtener información confiable sobre las columnas volcánicas al comienzo de una erupción, especialmente para volcanes submarinos remotos.

Pero los datos del Hunga Tonga-Hunga Ha'apai podrían ayudar a los meteorólogos a monitorear y ofrecer previsiones a corto plazo de los peligros a la aviación debido al vulcanismo explosivo, incluido el desarrollo y movimiento de las nubes de ceniza.

Comprender esto es vital, ya que los científicos dicen que una erupción de la escala del Hunga Tonga-Hunga Ha'apai probablemente volverá a ocurrir.

Esa amenaza está impulsando la colaboración entre los investigadores.

David Tappin, experto en tsunamis provocados por volcanes en el Servicio Geológico Británico Keyworth y exgeólogo jefe del Reino de Tonga, advierte que la naturaleza inesperada de la erupción del Hunga Tonga-Hunga Ha'apai destaca que el peligro global de grandes erupciones volcánicas es subestimado.

Hay aproximadamente 42 volcanes en todo el mundo con el potencial de provocar una erupción tan espectacular como la del Hunga Tonga-Hunga Ha'apai, señala.

Y afirma que la erupción récord debería servir como una llamada de atención para prepararnos para mejor.

"Esta erupción ha tenido un impacto tan global y de tal alcance que todos estamos empezando a reorganizar la forma en la que nos comunicamos", agrega Van Eaton.

Hubo semanas de penachos de niveles más bajos antes de que el Hunga Tonga-Hunga Ha'apai "se volviera loco", dice ella.

"Eso demuestra que incluso una erupción muy estándar puede cambiar de rumbo en cualquier momento, y realmente no hay una manera fácil de pronosticar eso".

* Si quieres leer el artículo original en inglés de BBC Future, haz clic aquí.

Recuerda que puedes recibir notificaciones de BBC Mundo. Descarga nuestra app y actívalas para no perderte nuestro mejor contenido.

¿Ya conoces nuestro canal de YouTube? ¡Suscríbete!