Извержение вулкана Тонга создало загадочные пульсации в атмосфере Земли

Мощные волны, прокатившиеся по атмосфере после извержения вулкана Хунга-Тонга-Хунга-Хапай, не похожи ни на что ранее виденное.

Ученые пытаются понять загадочную серию массивных пульсаций в атмосфере Земли, вызванных извержением тонганского вулкана в выходные дни. Спутниковые данные показывают, что это событие - которое, как опасаются некоторые, могло привести к опустошению тихоокеанской островной страны - вызвало необычную картину атмосферных гравитационных волн. Предыдущие извержения вулканов не вызывали подобных сигналов, что ставит экспертов в тупик.

"Это действительно уникально. Мы никогда раньше не видели ничего подобного в данных", - говорит Ларс Хоффманн, ученый-атмосферист из Суперкомпьютерного центра Юлиха в Германии.

Открытие было сделано на снимках, собранных атмосферным инфракрасным зондом (AIRS), установленным на спутнике Aqua компании Nasa, через несколько часов после извержения вулкана Хунга-Тонга-Хунга-Хапай 14 января.

На них видны десятки концентрических кругов, каждый из которых представляет собой быстро движущуюся волну в газах атмосферы, протянувшуюся более чем на 16 000 километров. Волны достигали от поверхности океана до ионосферы, и исследователи считают, что они, вероятно, несколько раз обогнули земной шар.

Красивые концентрические волновые узоры

"Этот прибор работает уже около 20 лет, и мы никогда не видели таких красивых концентрических волновых узоров", - добавляет Хоффманн.

Атмосферные гравитационные волны возникают, когда молекулы воздуха в атмосфере перемещаются вертикально, а не горизонтально. Это может происходить, когда ветер набирает скорость, поднимаясь над вершиной горы, или в результате конвекции в местных погодных системах.

Восходящие и нисходящие волны переносят энергию и импульс через атмосферу, и часто их действие проявляется в том, как они вызывают образование высоких облаков в виде ряби.

Теоретически, быстрое восходящее движение горячего воздуха и пепла от извергающегося вулкана в верхние слои атмосферы может вызвать гравитационные волны гораздо большего масштаба. Но ничего подобного не наблюдалось при предыдущих извержениях, проанализированных с момента запуска прибора AIRS в мае 2002 года.

"Вот что нас действительно озадачивает", - говорит Корвин Райт, физик атмосферы из Университета Бата, Великобритания. "Это должно быть как-то связано с физикой происходящего, но мы пока не знаем, что именно".

Он и его коллеги подозревают, что "большая беспорядочная куча горячих газов" в верхних слоях атмосферы может быть тем, что запускает волны. Горячий газ "поднимается высоко в стратосферу и перемешивает воздух", - говорит он.

Извержение слышно по всей планете

Извержение вулкана Хунга-Тонга-Хунга-Хапай было слышно по всей южной части Тихого океана и даже в некоторых районах Соединенных Штатов. Пепел покрыл многие регионы Тонга, но из-за отсутствия электричества, телефонных линий и Интернета агентствам по оказанию помощи трудно оценить масштабы травм, погибших и ущерба.

Райт, который первым заметил волновые картины в данных, предоставленных Хоффманом, говорит, что на снимках видно то, что выглядит как смесь волн разных размеров и типов.

Похоже, что конвекция в атмосфере "очень сложная и неровная, и она порождает одновременно целую семью вещей", - говорит он. "Это то, что мы сейчас считаем происходящим, но мы наблюдаем за этим всего несколько часов".

Толчком к открытию послужил твит, отправленный Райту 15 января Скоттом Оспреем, климатологом из Оксфордского университета, Великобритания, который спросил: "Ого, интересно, насколько велики атмосферные гравитационные волны от этого извержения?!".

Взрывная скорость

Оспри говорит, что извержение могло быть уникальным в плане возникновения этих волн, потому что оно произошло очень быстро по сравнению с другими извержениями. "Это событие, похоже, закончилось в считанные минуты, но оно было взрывным, и именно этот импульс, скорее всего, вызвал сильные гравитационные волны, - говорит он.

Извержение, возможно, длилось несколько мгновений, но его последствия могут быть долговременными. Гравитационные волны могут повлиять на циклическое изменение направления ветра в тропиках, говорит Оспри, а это может повлиять на погодные условия даже в Европе. "Мы будем очень внимательно следить за тем, как это будет развиваться", - говорит он.

Снимки и данные, собранные во время извержения, были "впечатляющими" и предоставили ученым захватывающие возможности, говорит Вики Феррини, морской геофизик из Колумбийского университета в Нью-Йорке. Но она добавляет, что она и другие ученые по-прежнему глубоко обеспокоены судьбой жителей Тонга, особенно учитывая отсутствие до сих пор подробной информации о масштабах катастрофы.

Исследователи в Новой Зеландии говорят, что внимательно следят за вулканом на предмет новых извержений. "Мы просто держим ухо востро", - говорит Шейн Кронин, вулканолог из Оклендского университета. По его словам, вулкан может пополниться большим количеством магмы из глубоких подземных слоев и произвести новые взрывные извержения. Но если он исчерпал свои основные запасы, он может производить только небольшие извержения, в основном скрытые под поверхностью океана.