Как узнать, куда попадет вулканический пепел?

Когда в апреле 2010 года произошло извержение вулкана Эйяфьядлайёкюдль в Исландии, воздушное движение было прервано на шесть дней, а затем нарушалось до мая. Модели девяти мировых Консультативных центров по вулканическому пеплу (VAAC), предназначенные для прогнозирования, когда облако пепла будет мешать авиамаршрутам, до этого основывались лишь на отслеживании перемещения облаков в атмосфере.

После этого экономического ущерба для авиакомпаний в Европе были введены пороговые значения концентрации пепла, которые используются при принятии решений об ограничении полетов. Однако группа исследователей под руководством Женевского университета (UNIGE) обнаружила, что даже мельчайший вулканический пепел ведет себя не так, как ожидалось. Результаты, опубликованные в журнале Nature Communications, помогут усовершенствовать представление вулканического пепла в прогностических моделях VAAC, которые должны реагировать в реальном времени, чтобы предоставлять полезные рекомендации во время извержения.

Агрегаты частиц, влияющие на прогностические модели

Несмотря на существующие знания, после извержения 2010 года оставались нерешенные вопросы, включая обнаружение в Великобритании частиц гораздо большего размера, чем ожидалось. Используя липкую бумагу для сбора пепла, ученые ранее наблюдали, как микрометрические частицы группируются в кластеры, которые разрушаются после падения на землю. Это играет важную роль в скорости осаждения: собранные в агрегаты, эти частицы оседают быстрее и ближе к вулкану, чем предсказывают модели — это называется преждевременной седиментацией.

Эффект "плота", объявленный теорией невозможным

В Японии команда UNIGE сделала новое важное открытие, наблюдая за осаждением пепла в реальном времени с помощью высокоскоростной камеры. Они обнаружили ранее невиданные агрегаты — коровые кластеры. Они образуются вокруг крупной частицы-ядра (100–800 мкм), покрытой множеством мелких частиц (<60 мкм). Этот внешний слой может действовать как парашют для ядра, замедляя его осаждение. Это и есть эффект "плота" (rafting effect).

Хотя этот эффект теоретически предполагался в 1993 году, позже он был объявлен невозможным. Теперь его существование доказано прямым наблюдением. Моделирование позволило объяснить обнаружение неожиданно крупных частиц пепла в Великобритании после извержения Эйяфьядлайёкюдля — это был результат эффекта "плота", который задержал их оседание.

Теперь, когда агрегаты пепла, коровые кластеры и эффект "плота" изучены, необходимо собрать более точные физические параметры частиц, чтобы в будущем интегрировать их в оперативные модели VAAC, для которых размер и плотность играют решающую роль в расчете концентрации пепла в атмосфере.