Вулканический шлейф вулкана Хунга-Тонга-Хунга-Хаапай - один из самых высоких за всю историю наблюдений
Извержение вулкана Хунга-Тонга-Хунга-Хапай в середине января этого года было особенно впечатляющим. Это одно из крупнейших извержений вулкана, когда-либо зафиксированных. Используя спутниковые снимки, команда из Оксфордского университета утверждает, что вулканическое облако, образовавшееся в результате извержения, достигло высоты 57 километров, выше стратосферы. Это первый случай, когда было замечено, что шлейф проникает через стратопаузу.
Извержение в январе 2022 года было настолько мощным, что его было слышно почти за 10 000 километров от Тонга. Это событие вызвало цунами, ощущавшиеся на таком большом расстоянии, как Россия, США и Чили. По мнению некоторых экспертов, это событие было сравнимо с извержением Кракатау в 1883 году. Однако, по оценкам специалистов, это извержение окажет незначительное влияние на климат из-за расположения вулкана (относительно изолированного) и количества выброшенного материала (около 400 килотонн).
Крупные взрывные извержения вулканов могут выбрасывать в стратосферу такие материалы, как пепел, газ и воду, оказывая заметное воздействие на состав атмосферы и климат. Например, при извержении вулкана Пинатубо в 1991 году было выброшено около 10 км3 вулканического материала, что привело к понижению температуры примерно на полградуса в течение одного-двух лет. Высота шлейфа оценивалась в то время в 40 километров. На этот раз впервые облако пепла наблюдалось в нижней мезосфере. Это говорит о том, что высота, достигнутая шлейфом Пинатубо, возможно, была недооценена.
Высота измеряется с помощью эффекта параллакса
Измерение высоты вулканического шлейфа требует точных наблюдений и тщательных расчетов. Обычно ее оценивают путем измерения температуры в верхней части шлейфа и сравнения ее со стандартной температурой воздуха, зарегистрированной на разных высотах - с учетом того, что в тропосфере, самом нижнем слое атмосферы Земли, температура уменьшается с высотой. Но в случае крупных извержений этот метод становится ненадежным: когда вулканический шлейф достигает стратосферы, на средней высоте около 12 километров, температура воздуха увеличивается с высотой (поскольку воздух нагревается за счет поглощения ультрафиолетовых лучей Солнца).
Поэтому исследователи использовали другой метод оценки высоты, основанный на эффекте параллакса. Этот эффект - основа бинокулярного зрения - представляет собой разницу в видимом положении объекта, рассматриваемого с разных линий зрения. Параллакс можно ощутить следующим образом: закройте один глаз, затем вытяните руку перед собой и поднимите большой палец; переведите взгляд и вы заметите, что большой палец слегка смещается относительно фона. Измерив это кажущееся изменение положения и зная расстояние между глазами, можно рассчитать расстояние между глазами и большим пальцем.
Это тот же принцип, который использовался для измерения шлейфа вулкана Тонга. За этим наблюдали три геостационарных метеорологических спутника: GOES-17 (США), Himawari-8 (Япония) и GeoKompSat-2A (Корея). Во время извержения изображения снимались каждые 10 минут, что позволяло наблюдать за быстрыми изменениями траектории шлейфа; поэтому исследователи применили к этим спутниковым изображениям эффект параллакса. Они определили высоту 57 километров, что соответствует мезосфере.
Мезосфера относится к части атмосферы на высоте от 48 до 80 километров. Именно на этой высоте падающие на Землю метеоры сгорают и вызывают падающие звезды. Это также самая холодная часть атмосферы; в самой высокой точке температура может достигать -143 °C.
Команда отмечает, что при извержении вулкана Тонга большое количество воды попало в мезосферу, которая обычно является очень сухой частью атмосферы. "Это делает извержение полезной проверкой того, насколько хорошо наши климатические и погодные модели справляются с неожиданными и экстремальными условиями", — сказал д-р Саймон Прауд, старший научный сотрудник Национального центра наблюдения Земли при Оксфордском университете.
Этот вывод не только предполагает, что извержение в январе 2022 года может оказать влияние на климат - характер и величину которого еще предстоит определить, — но он подразумевает, что другие прошлые извержения могли породить подобный шлейф, который тогдашние приборы не могли полностью оценить. "Тридцать лет назад, когда произошло извержение Пинатубо, наши спутники были не так хороши, как сегодня. Они могли сканировать Землю только каждые 30 минут. А может быть, даже каждый час", — объясняет доктор Прауд.
Поэтому может быть так, что в 1991 году исследователи просто пропустили пик активности и точку наибольшего шлейфа, если это произошло между двумя спутниковыми снимками. Даже извержение Кракатау в 1883 году могло вызвать подобный шлейф, но, конечно, в то время не было возможности проверить это.
Теперь команда планирует разработать автоматизированную систему для расчета высоты вулканических шлейфов с помощью метода параллакса. Такой инструмент поможет ученым моделировать рассеивание вулканического пепла в атмосфере. Также еще предстоит выяснить, из чего именно состоял шлейф и почему он поднялся так высоко.