Вращение — ключ к пониманию вулканических шлейфов

Отчет морского капитана 200-летней давности и впечатляющая фотография извержения вулкана Чаитен в 2008 году помогают ученым из Университета Иллинойса лучше понять мощные вулканические шлейфы. В статье, которая выйдет 26 марта в журнале Nature, ученые показывают, что спонтанное образование «вулканического мезоциклона» — колонновидного вихря, вращающегося циклонно, — заставляет шлейф вращаться вокруг своей оси. Это вращение, в свою очередь, вызывает появление оболочки из молний и создает водяные смерчи или пыльные вихри. Происхождение этих вулканических явлений ранее оставалось необъяснимым.

«Вращение — важнейший элемент мощного вулканического шлейфа, — говорит ведущий автор статьи, постдокторант Пинаки Чакраборти. — Учитывая вращение, мы можем лучше предсказывать последствия извержений». Фотография извержения вулкана Чаитен в южном Чили 2008 года показала шлейф, окруженный оболочкой молний. Поиск упоминаний подобных явлений привел Чакраборти и его коллег к малоизвестной статье капитана судна, опубликованной в 1811 году. В ней капитан описал наблюдение вулканического жерла, возникшего из моря в Азорском архипелаге. Он сообщил, что шлейф вращался над водой «как горизонтальное колесо», сопровождаемый непрерывными «вспышками молний» и множеством водяных смерчей.

Эта комбинация вращения, молний и водяных (или пыльных) смерчей характерна для, казалось бы, не связанного с вулканами метеорологического явления — торнадо-порождающей грозы. Тот же процесс, что создает мезоциклон в такой грозе, формирует и вулканический мезоциклон в мощном шлейфе. Мощный шлейф состоит из вертикальной колонны горячих газов и пепла, увенчанной горизонтальным «зонтиком». Вулканический мезоциклон заставляет всю эту структуру вращаться вокруг оси, что порождает смерчи и группирует электрические заряды в шлейфе, образуя оболочку молний.

Ученые отмечают, что вращение мощных шлейфов можно подтвердить наблюдениями из космоса. Например, спутниковые снимки извержения вулкана Пинатубо на Филиппинах 15 июня 1991 года, сделанные с часовым интервалом, показывают, что край «зонтика» вращался вокруг центра, что согласуется с наличием мезоциклона. На снимках также видно, что после периода вращения «зонтик» терял осевую симметрию и становился лопастным в плане. Эта потеря симметрии — еще одно следствие вращения, которое дестабилизирует край «зонтика». Лопастные «зонтики» обнаружены на спутниковых снимках и других вулканов, включая Манам в Папуа — Новой Гвинее, Ревентадор в Эквадоре и Окмок на Алеутских островах.

Как отмечает профессор Густаво Джоя, детально проследить эволюцию «зонтиков» позволили бы снимки будущих извержений, сделанные с интервалом в несколько минут. Кроме того, для изучения извержений можно было бы применять инструменты, обычно используемые в исследованиях гроз. «Структуру и динамику вулканических мезоциклонов, а также наличие оболочек молний можно проверять с помощью доплеровского радара и систем картирования молний — двух технологий, которые пока редко используются в вулканологии», — заключает Джоя.