Пятикратное эхо вулкана

15 января 2022 года примерно в 04:15 по Гринвичу (UTC) в тихоокеанском архипелаге Тонга произошло взрывное извержение вулкана Хунга-Тонга-Хунга-Хаапай. Оно уничтожило двухкилометровую перемычку между островами Хунга-Тонга и Хунга-Хаапай, образовавшуюся в ходе предыдущих извержений, и породило цунами, вызвавшее серьезные разрушения на главном острове архипелага. Звук взрыва был слышен на Аляске, в 9 тысячах километров.

Позже в этот день метеостанции в разных точках земного шара зафиксировали всплески атмосферного давления, очевидно связанные с извержением [1, 2]. На рис. 1 показаны примеры таких сигналов, взятые из архива проекта sensor.community [3], который собирает в реальном времени данные любительских метеостанций со всего мира.

Рис. 1. Атмосферное давление 15 января 2022 года на нескольких метеостанциях, в порядке увеличения расстояния до вулкана

Видно, что всплеск давления происходит тем позже, чем дальше находится точка измерения от места извержения. И действительно, на анимациях [4, 5], построенных метеорологом Мэтью Барлоу по данным метеоспутников, хорошо видна кольцевая волна, распространяющаяся по земной атмосфере от места взрыва, сходящаяся в противоположной точке планеты над Северной Африкой и расходящаяся вновь.

На рис. 2 показано, как эту волну можно увидеть в сигналах метеостанций. Здесь нанесены быстрые колебания атмосферного давления для более чем 1300 метеостанций по всему миру за четверо суток со дня извержения. График каждой метеостанции сдвинут по вертикальной оси вниз пропорционально расстоянию от места извержения, так что получается «развертка» всплесков давления по расстоянию от вулкана (вертикальная ось) и времени регистрации (горизонтальная ось). Всплески укладываются на прямые линии, показывающие, что волна давления распространяется с постоянной скоростью.

Первой сигнал регистрирует любительская метеостанция в новозеландском Окленде в 2000 км от места взрыва, затем любительские метеостанции в Австралии и американские метеостанции в Тихом океане. На отметке 7800 км волна доходит до Японии, на 8000 км — до Тихоокеанского побережья Соединенных Штатов. Диапазон от 13 000 до 15 000 км покрыт данными исключительно от российских любительских метеодатчиков; скопление линий на 15 200 км соответствует Москве и окрестностям. Затем следуют данные из Европы. Последними всплеск давления фиксируют метеостанции на юге Испании и на Канарских островах. После этого волна уходит из зоны видимости в Северную Африку и сходится в диаметрально противоположной вулкану точке на границе Алжира, Мали и Нигера (на анимациях по данным с метеоспутников видно, что «точка» эта весьма условная, так как сходящаяся кольцевая волна к этому времени уже довольно сильно деформирована — волны, обошедшие земной шар разными путями, прошли немного с разной скоростью).

Затем метеостанции в обратном порядке, начиная с Южной Европы и заканчивая Новой Зеландией, регистрируют вторую волну, дошедшую до них кружным путем в обход земного шара, затем третью (она же первая, еще раз обогнувшая Землю), четвертую (вторая волна после дополнительной кругосветки), и даже пятую (первая, обогнувшая земной шар дважды).

Что это было? По графику на рис. 2 видно, что волна делает полный оборот вокруг земного шара за 36 часов. Это дает скорость распространения волны в 40 000 км / 36 часов ≈ 310 м/с, что соответствует скорости звука при температуре примерно –35 °C, характерной для атмосферы на высоте около 7 км (значение, близкое к так называемой высоте однородной атмосферы — высоте, которую имела бы атмосфера, если бы ее плотность с высотой не убывала). С такой скоростью движется волна Лэмба, распространяющаяся в атмосфере в режиме «мелкой воды», захватывая всю ее толщу. Источником ее в данном случае, видимо, послужил выброс огромного объема газов при взрыве вулкана.

Рис. 2. Быстропеременная составляющая атмосферного давления (значение давления за вычетом 20-минутного скользящего среднего) на 1079 метеостанциях сети sensor.community и 272 метеостанциях Национального управления океанических и атмосферных исследований США (NOAA) [6]. Масштаб значений давления условный (одинаковый для всех графиков). Момент извержения отмечен треугольником вверху слева

Чтобы оценить масштаб произошедшего, можно обратиться к историческому аналогу. В 1883 году в «Трудах Королевского общества» вышла статья председателя британского Королевского метеорологического общества Роберта Генри Скотта «О ряде барометрических возмущений, наблюдавшихся в Европе с 27 по 31 августа 1883 года» [7]. В ней Скотт приводит графики атмосферного давления для нескольких метеостанций от Санкт-Петербурга в России до Коимбры в Португалии и связывает зафиксированные на них всплески атмосферного давления с извержением вулкана Кракатау, случившимся в тот день в Индонезии.

Для сравнения на рис. 3 приведены графики атмосферного давления 27 августа 1883 года в Париже (11 470 км от Кракатау) и 15 января 2022 года в Иркутске (11 170 км от Хунга-Тонга-Хунга-Хаапай). Несмотря на различие в быстродействии между измерительными приборами XIX и XXI века видно, что волна давления от извержения 2022 года, вероятно, превосходит волну от Кракатау по амплитуде, хотя и уступает ей по длительности. Как бы то ни было, мы имеем дело с событием сравнимого масштаба, по крайней мере в том, что касается воздействия на атмосферу.