Zemi ietinuši mīklaini viļņi. Neparastas vulkāna izvirduma sekas
© REUTERS / NOAA/SSEC/CIMSS
Sekot līdzi rakstam
Vulkāna izvirdums pie Tongas krastiem izraisījis neparastu koncentrisku ņirbēšanu atmosfērā. Neko tamlīdzīgu zinātnieki agrāk nav novērojuši.
Viļņveida svārstības fiksētas gan pie Zemes virsmas, gan augstu jonosfērā. Unikālo parādību skaidroja ar gravitācijas viļņiem, taču izrādījies, ka viss ir sarežģītāk. Par to portālā RIA Novosti pastāstīja Vladislavs Strekopitovs.
Vulkāns un gravitācijas viļņi atmosfērā
Vulkāns Hunga-Tonga-Hunga-Haapai pie salu karalistes Tongas krastiem atmodās 2021. gada decembrī. Mēnesi vēlāk notika spēcīgs sprādziens. Tas izraisīja zemestrīces un cunami, kas sasniedza Peru krastus Klusā okeāna viņā krastā. Milzīgs pelnu mākonis sasniedza stratosfēru. Sprādziens bija dzirdams tūkstošiem kilometru attālumā – Jukonas teritorijā Kanādā, bet infraskaņas viļņus fiksēja iekārtas uz visas Zemes.
Bez tam izvirdums izraisīja spēcīgas svārstības atmosfērā – tā saucamos atmosfēras gravitācijas viļņus. Dažas stundas vēlāk tos fiksēja NASA satelīts Aqua. Attēlā redzami desmitiem koncentrisku apļu – viļņi pārvietojas lielā ātrumā.
Ar NASA satelīta Aqua infrasarkanās zondes palīdzību saņemts attēls. Desmitiem koncentrisku viļņu lielā ātrumā izplatās no Hunga-Tonga-Hunga-Haapai vulkāna izvirduma vietas
© Lars Hoffmann, Jülich Supercomputing Centre. AIRS Level-1 data by NASA DES DISC
Akustiskie-gravitācijas viļņi (AGV) ir labi pazīstami zinātniekiem, kas pēta atmosfēras fiziku, tomēr nekad līdz šim tie nav fiksēti tik skaidri vulkāna izvirduma laikā. Parasti spēcīgi AGV ir saistīti ar zemestrīcēm, cunami un dažiem mākslīgiem notikumiem, piemēram, raķešu palaišanu vai sprādzieniem. Sīkākus viļņus rada dažādas parādības – atmosfēras frontes kustība, negaiss, ģeomagnētiskā vētra, uzliesmojumi uz Saules virsmas, pat atmosfēras diennakts svārstības.
"Tādi viļņi nav neparasti, - pastāstīja Krievijas zinātņu akadēmijas Kosmisko pētījumu institūta galvenais zinātniskais līdzstrādnieks, fizikas un matemātikas zinātņu doktors Sergejs Pulinecs. – Pēc būtības, tie ir skaņu viļņi, tikai ar ļoti zemām svārstībām, tāpēc mēs tos nedzirdam. Tāpat kā jebkura skaņa, tie parādās gaisa saspiešanās un izplešanās rezultātā, kad sakustas atmosfēras masas."
Vulkāna sprādziena viļņi vairākkārt aplieca zemeslodi, bet barometri dažādās pasaules malās fiksēja vairākus nelielus spiediena paaugstināšanās gadījumus, apmēram par 1,5 milibāriem.
Nedjeljka Žagar created a simulation of the atmospheric response triggered by the eruption over the first 24 hours. The colors of the wave represent a perturbation of the height of the stratosphere (positive is red, negative is blue). pic.twitter.com/Z1BdIZyfDe
— AGU's Eos (@AGU_Eos) January 21, 2022
Sietlā, ASV rietumu piekrastē lēciens bija tik spēcīgs, ka izkliedēja tradicionālo vietējo miglu, paziņoja Nacionālais meteoroloģijas dienests. Lielbritānijā, apmēram 16 500 km attālumā no Tongas, pirmo vilni noķēra 14 stundas pēc izvirduma, tāpēc radās iespēja aplēst tā ātrumu – apmēram 330 m/sek. Tāds apmēram ir skaņas ātrums. Tālākos viļņus jutīgi barometri reģistrēja vēl diennakti.
Sākotnējais vilnis bija jūtams visā pasaulē. To fiksēja Līguma par kodolizmēģinājumu vispārēju aizliegumu organizācijas infraskaņas monitoringa sistēmas stacijas – 53 iekārtas attālumā no 1800 līdz 18 000 km no vulkāna. Salīdzinājumam: atmosfēras viļņus pēc Čeļabinskas meteorīta 2013. gadā uztvēra tikai puse punktu.
Tas nav vienkāršs vilnis
Teorētiski karsta gaisa un pelnu plūsma, kas vulkāna izvirduma rezultātā paceļas atmosfēras augšējos slāņos, var izraisīt arī lielāka mēroga AGV. Tomēr tas, ko zinātnieki novēroja pēc Hunga-Tonga-Hunga-Haapai izvirduma, neiekļāvās shēmā ne mērogu, ne zīmējuma ziņā. Uzņēmumos svārstības izskatījās kā dažāda tipa un izmēru viļņu sajaukums.
"Lieta tāda, ka tas bija zemūdens izvirdums, - atzīmēja Sergejs Pulinecs. – Pārklājās paša sprādziena radītais skaņas vilnis un atmosfēras vilnis no spēcīgajiem pelnu izmešiem. Vēl vienu izraisīja cunami. Atšķirīgais mērogs veidoja dažādas frekvences svārstību ainu. Tā ir izolēta sala okeāna vidū, tāpēc izcēlās apļveida vilnis, nevis atstarotais, kā izvirduma laikā piekrastē."
Neparasts bija arī izvirduma sprādzienveida ātrums. Parasti vulkāni izverd lavu un izmet to vairākas dienas, dažkārt – pat nedēļas, bet te viss notika dažu minūšu laikā viena spēcīga impulsa rezultātā.
Hunga-Tonga-Hunga-Haapai vulkāna izvirduma satelīta uzņēmums
© AP Photo / Japan Meteorology Agency
NASA speciālisti vērtēja, ka Hunga-Tonga-Hunga-Haapai sprādziens sasniedza 10 megatonnas trotila ekvivalentā – tas bija 500 reizes spēcīgāks nekā kodolbumba, ko nometa uz Hirosimas. Kolosālā detonācija, zemūdens noslīdenis un ar to saistītais cunami izraisīja veselu viļņu spektru, kas izplatījās gan apakšējos, gan augšējos atmosfēras slāņos. Līdztekus AGV izcēlās infraskaņas un Lemba viļņi, kā arī elektromagnētiskās svārstības jonosfērā. Zinātnieku ieskatā, izvirduma radītie notikumi atmosfērā ir unikāli.
Satelīta uzņēmumos iemūžināti viļņi, kas izplatās kā no dīķa vidū iemesta akmens – no vietas, kur pelnu mākonis caururba atmosfēras apakšējos slāņus. Statiskie lādiņi tā iekšienē radīja vulkānisko zibeņu viesuli. Satelīti fiksēja vairāk nekā 60 tūkstošus spērienu 15 minūšu laikā pēc vulkāna sākotnējā sprādziena. Tātad notika gandrīz 70 zibens spērieni sekundē.
Pēc tam uz visām pusēm sāka izplatīties atmosfēras trieciena vilnis, kas izprovocēja atmosfēras spiediena lēcienu. Masačūsetsas universitātes profesors Metjū Bārlovs apstrādāja NASA satelīta GOES-West sniegtos datus un sastādīja primārā viļņa pārvietošanās shēmu Zemes atmosfērā.
The blast from the #TongaEruption was strong enough to jiggle the atmosphere from the surface to the ionosphere. #HungaTongaHungaHaapai
— AGU's Eos (@AGU_Eos) January 21, 2022
Here are preliminary findings from researchers over the last 6 days.https://t.co/AX0XdCH5Yp pic.twitter.com/0tYNwqLpGI
Notikumu virkne bija sekojoša: trieciena vilnis rada augstas frekvences akustisko vilni, kas pēc zināma laika pāriet zemā frekvencē, vēlāk – infraskaņas. Atmosfēras augšējos slāņos, kur gāzes jonizējas, sadalās uzlādētās daļiņās – jonos un elektronos, - viļņi rada jau elektromagnētiskas svārstības.
Britu fiziķe Ketrīna Mitčela no Bāta universitātes izstrādāja video, ņemot vērā vairāku sauszemes un kosmisko detektoru datus. Tajā redzams, kā jonosfēras viļņi izplatās no vulkāna uz Jaunzēlandes pusi dažu stundu laikā pēc izvirduma. Tie atainojas kā pozitīvas un negatīvas novirzes no elektronu kopējā satura. Amerikas ģeofiziķu savienības speciālisti vērtēja, ka piecu stundu laikā viļņi sasniedza ASV krastus.
Kosmiskie draudi
Ar satelītu palīdzību zinātnieki pastāvīgi kontrolē elektromagnētiskos viļņus jonosfērā – atmosfēras daļā 60-1000 km augstumā no Zemes virsmas. Šajā zonā (apmēram 400 km no Zemes) atrodas pilotējamā orbitālā stacija. SKS un citus kosmiskos aparātus jonosfēras svārstības neapdraud, taču tās var ietekmēt satelītu navigācijas sistēmas – GPS un GLONASS darbu. Paši satelīti atrodas daudz tālāk – 20-26 tūkst. km attālumā no Zemes, taču to signāls var novirzīties, nonākot jonosfērā.
"Vilnis no satelīta līdz Zemei nonāk ar zināmu aizkavēšanos. Neviendabīgas zonas jonosfērā rada kļūdas aprēķinātajā signāla aizkavēšanās laikā, kas sasniedz desmitiem metru. Speciāli dienesti tās kontrolē un labo – kļūdas navigācijā var novest pie avārijām," paskaidroja Pulinecs.
Jāpiebilst, ka akustikas-gravitācijas viļņi izplatījās pat nedēļu pēc izvirduma un aplieca zemeslodi jau desmito reizi. Tos infrasarkanajā diapazonā fiksēja ģeostacionārie satelīti GOES-16 un GOES-17.
It is amazing that after 7 days the #Tonga #eruption shock wave continues to circle the planet (10 times!) and can still be detected in the infrared by geostationary satellites such as #GOES16 and #GOES17. @matplotlib @xarray_dev @Satellite_GOES pic.twitter.com/1dSYZMdlGT
— diego aliaga (@diegoaliaga2) January 24, 2022
