Рассматривается явление вулканических молний при извержении вулкана в Исландии в 2010 году. Проводится анализ радарных данных для определения молниевой активности в области предположительного распространения вулканического пепла.
Ключевые слова: вулканическая молния, извержение вулкана, Исландия.
Введение
20 марта 2010 года началось извержение вулкана Эйяфьядлайёкюдль, Исландия. По данным Global Volcanism Program [1], это извержение было самым мощным в истории исландского вулкана, индекс вулканической активности VEI = 4, характер такого извержения — катастрофический. Вторая фаза извержения с активным выбросом пепла началась 13 апреля около 23:00 UTC и продолжалась, по некоторым данным, до 23 мая, по другим — до октября 2010 г.
Известно, что загрязнение атмосферы может усиливать молниевую активность над поверхностью земли (так называемая грязная гроза). При извержении вулкана происходят огромные выбросы пепла, поэтому мы предположили возрастание количества молний в областях, куда ветром отнесло пепел, по сравнению с количеством разрядов в обычные годы. Изучением этого явления в 2010 г. занимались также [2] и [3]. Мы попробуем проанализировать распространение облака пепла, оценить его влияние на молниевую активность, а также сравнить полученные данные с результатами указанных работ.
Методы и результаты
За период с 10 апреля по 31 мая 2010 г. системой WWLLN (World Wide Lightning Location Network) было зафиксировано 66 вспышек молнии в ближайшей окрестности вулкана (обозначен чёрным маркером на рисунках): от 62.6° до 64.6° с.ш. и от 20.6° до 18.6° з.д.
Рис. 1. Вспышки молнии вблизи вулкана весной 2010 г.
В работе [2] проводились измерения электрических характеристик распространяемых облаков пепла. Там же описан механизм их дополнительной зарядки при перемещении в пространстве и зарядки при извержении. И в [2], и в [3] отмечают, что заряд облака пепла, скорее всего, не мог сохраниться в нём от самого извержения, так как измерения проводились на очень большом расстоянии от кратера. Время попадания пепла в эту область пространства гораздо больше времени релаксации заряда.
Посмотрим, куда облако пепла могло быть принесено ветром, и что это за собой повлекло. Пепел при извержении в апреле 2010 г. поднимался на высоту более 10 километров и попадал в стратосферу. Это обеспечило его перенос на значительные расстояния. Дневник погоды [4] даёт нам следующие сведения: направление ветра от западного до юго-западного, скорость 8–15 м/с в первые дни извержения. Исходя из этого рассмотрим модель распространения пепла в секторе 45° (от направления на восток до направления на северо-восток) со средней скоростью 10 м/с.
Ожидается, что в этом секторе будут найдены молнии, вызванные загрязнением атмосферы. Будем считать, что в рассматриваемый промежуток времени пепел извергается непрерывно, и всё пространство сектора заполнено пеплом после того, как его прошла передняя граница облака.
Рис. 2
На рисунке 2 представлены молнии, подходящие под заданные условия. Рассматривался период 14–20 апреля 2010 года, чтобы понять, что происходило во время активной фазы извержения, а также пока распространение пепла ещё можно попытаться описать нашей моделью. Кроме того, 17–18 апреля извержение продолжалось, но высота столба пепла оценивалась в 8–8,5 км [1], что означает прекращение попадания изверженного материала в стратосферу.
На этом рисунке приведены найденные 25 молний в период 14–20 апреля, которые, по нашей модели, могли быть связаны с облаком пепла, унесённым ветром, и следовательно, являются вулканическими.
Рис. 3. Фактическое распространение пепла в атмосфере весной 2010 г.
Сравним этот результат с данными по реальному движению пепла, зафиксированному спутниками (Wikipedia, Met Office UK). На рисунке 3 показано, какие области покрывал пепел 14–25 апреля 2010 года, по данным Met Office UK (изображение взято из статьи [5])
Отметим, что рассмотренные молнии, скорее всего, относятся к вулканическим: на рисунке 3 видно, что пепел находился и в исследованной области. Однако предположение о движении облака строго по ветру оказалось ошибочно. Это связано с тем, что рассмотренные данные о погоде недостаточно точные: направление ветра было известно с точностью до одного дня, могло меняться и приведено для ветра у поверхности земли, а не в стратосфере. Также влияет на результат и то, что данные о погоде соответствуют не области около вулкана, а городу Вестманнаэйяр в 40 км юго-западнее вулкана.
Заключение
В работе на основе данных WWLLN мы показали, что в области извержения вулкана и в области распространения пепла появляются молнии, не свойственные для этого региона в это время года. Была проверена гипотеза распространения облака по направлению ветра, определённому в непосредственной близости от вулкана. Модель оказалась слишком сильно упрощённой, и для сравнения далее были взяты спутниковые данные о загрязнении атмосферы продуктами извержения.
Литература:
- Eyjafjallajökull, Eruptive History. — Текст: электронный // Global Volcanism Program: [сайт]. — URL: http://volcano.si.edu/volcano.cfm?vn=372020 (дата обращения: 23.04.2020)
- Harrison R. G. Self-charging of the Eyjafjallajokull volcanic ash plume / Harrison R.G, Nicoll K. A., Ulanowski Z., Mather T. A. // Environ. Res. Lett. — 2010. — 5 024004
- Bennett A. J. Monitoring of lightning from the April–May 2010 Eyjafjallajokull volcanic eruption using a very low frequency lightning location network / Bennett A. J., Odams P., Edwards D. and Arason Þ. // Environ. Res. Lett. — 2010. — 5 044013
- Дневник погоды г. Вестманнаэйяр. — Текст: электронный // Gismeteo: [сайт]. — URL: https://www.gismeteo.ru/diary/1056/2010/4/ (дата обращения: 23.04.2020).
- Air travel disruption after the 2010 Eyjafjallajökull eruption. — Текст: электронный // Wikipedia: [сайт]. — URL: https://en.wikipedia.org/wiki/Air_travel_disruption_after_the_2010_Eyjafjallaj %C3 %B6kull_eruption (дата обращения: 23.04.2020)
