Исследователи кафедры физики моря и вод суши физического факультета МГУ представили новую гидродинамическую модель, которая решает 40-летнюю загадку атмосферных волн, возникающих после мощных вулканических извержений. В отличие от классического представления, вулкан здесь описывается не как точечный источник взрыва, а как лопнувший «воздушный шар» — и этот образ точно совпадает с наблюдениями. Новый подход позволяет дистанционно оценивать состав выброшенных при извержении парниковых газов и прогнозировать их влияние на климат. Результаты опубликованы в журнале Pure and Applied Geophysics (Q2).
Во время извержений вулканы создают колоссальные атмосферные возмущения, распространяющиеся на десятки тысяч километров. Эти глобальные волны, похожие на цунами в воздухе, фиксируются по колебаниям давления.
В 1980 году метеоролог Джек Рид, изучая извержение вулкана Сент-Хеленс, столкнулся с загадкой: амплитуда атмосферных волн соответствовала взрыву десятимегатонной бомбы, но длина волны оказалась необычно большой. Классическая модель точечного взрыва, созданная Седовым, Тейлором и фон Нейманом, не могла этого объяснить — между теорией и измерениями возникло противоречие.
«Ключевая идея заключается в том, чтобы представить вулкан как лопнувший воздушный шарик. В этом случае энергия уже заключена в сдерживаемом объеме газа, а взрыв происходит при прорыве стенок. Это фундаментально меняет начальные условия для расчета ударной волны по сравнению с моделью точечного взрыва».
Для аналитического описания процессов ученые применили комбинацию методов газодинамики и теории размерностей Баренблатта. Такой подход позволил вывести универсальные формулы, описывающие распространение атмосферных возмущений. По расчетам, длина волны в новой модели оказывается в 1,6 раза больше, чем предсказывает классическая теория, — именно такое расхождение наблюдал Рид в 1980 году.
Проверка модели на данных извержения вулкана Хунга-Тонга-Хунга-Хаапай 2022 года — самого мощного за последние 150 лет — показала почти идеальное совпадение с наблюдениями 50 барографов по всему миру. При этом старая модель давала расхождение более чем на 14 стандартных отклонений.
Практическое значение работы заключается в создании нового инструмента дистанционного зондирования вулканов. По параметрам атмосферных волн теперь можно определять состав выброшенных газов — включая долю водяного пара и углекислого газа — и оценивать их «парниковый потенциал». Это важно для климатических прогнозов, ведь выбросы CO₂ могут влиять на глобальную температуру Земли в течение нескольких лет.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что на Камчатке фиксируют обогащение вод акваторий из-за извержений вулканов.
