Левитация вулканического пепла спровоцировала грозы и дожди

Вулканы могут выбрасывать в ионосферу большое количество заряженных наночастиц пепла, которые из-за эффекта электростатической левитации способны разлетаться на сотни километров и провоцировать грозы и аномальное количество ливней, выяснил британский геолог Мэттью Гендж. Его оценки косвенно подтверждаются и данными, полученными во время крупных извержений в прошлом, возможно, этот эффект в конечном счете привел к поражению Наполеона, говорится в статье, опубликованной в журнале Geology.

Во время извержений вулканов в атмосферу выбрасывается до нескольких сотен кубических километров вулканического пепла — взвеси твердых частиц размером около одного микрона и меньше. При самых мощных извержениях взрывного типа эти частицы поднимаются на высоту 50 километров, достигая ионосферы. Известно, что в столбе извержений положительно и отрицательно заряженные частицы могут разделяться, однако в большинстве моделей влиянием электростатического взаимодействия на движение пепла в атмосфере пренебрегают.

Более подробно изучить эффект разделения зарядов в столбе извержений решил британский геолог Мэттью Гендж (Matthew Genge) из Имперского колледжа Лондона. Для этого ученый, основываясь на данных о вулканических выбросах, сделал теоретические оценки траекторий заряженных частиц различного размера — от 10 до 500 нанометров, после того, как их выбросило в верхние слои атмосферы. В выбросах может происходить разделение положительно заряженных газов и отрицательно заряженных частиц пепла. Оказалось, что при этом у самого столба извержений остается отрицательный заряд, в результате чего он продолжает электростатически отталкивать от себя заряженные частицы, придавая им дополнительную скорость.

Из-за такого эффекта электростатической левитации заряженные частицы размером в десятки и сотни нанометров в течение нескольких часов могут разлететься на сотни километров от вулкана. При этом и высота, на которой оказываются эти частицы во время своего полета, может достигать сотни километров.

Гендж утверждает, что высокая концентрация отрицательно заряженных частиц в ионосфере опасна также тем, что в течение короткого времени после выброса (порядка 100 секунд) на большой площади может возникнуть глобальный разряд, который может сильно сказаться на погоде — в первую очередь, он приведет к формированию большого количества грозовых облаков и резкому повышению уровня осадков. Для подтверждения этой гипотезы автор исследования рассмотрел известные данные о погоде в разных частях планеты после знаменитого извержения вулкана Кракатау 1883 года. Известно, что через некоторое время после извержения в полярных областях мезосферы были обнаружены облака, точную причину появления которых установить не удалось. По словам Генджа, как раз электростатическая левитация вулканического пепла из Кракатау могла привести к их образованию.

Геолог предполагает, что подобный эффект мог стать причиной плохой погоды в Европе в 1815 году, из-за чего, как считают некоторые ученые, Наполеон проиграл битву при Ватерлоо. Извержение вулкана Тамбора, из-за которого на следующий год в Европе и Северной Америке было аномально холодное лето, могло привести к глобальному электростатическому разряду в ионосфере, а после этого — мощнейшим ливням в Европе.

По утверждению Генджа, в будущем подобный эффект необходимо учитывать при оценке последствий мощных извержений. В частности, важным фактором электростатическая левитация пепла в ионосфере может стать при извержении супервулканов, во время которого попадание большого числа заряженных частиц в ионосферу может привести глобальному электрическому разряду в атмосфере.

Геологическое моделирование показывает, что мощные извержения опасны не только попаданием большого количества пепла в атмосферу, но и оседанием этого пепла на поверхность Земли. Так, в одном из недавних исследований ученые обнаружили, что при извержении Йеллоустонского супервулкана вне зависимости от времени года и направления ветра почти вся территория США окажется засыпана пеплом. При этом палеоклиматические данные и анализ вулканического пепла показывают, что последнее извержение этого вулкана, которое произошло около 639 тысяч лет назад, спровоцировало сразу два периода резкого похолодания, каждый из которых продолжался около 80 лет.

Александр Дубов