Когда в апреле 2010 года в Исландии произошло извержение вулкана Эйяфьядлайекюдль, воздушное сообщение было прервано на шесть дней, а затем прервано до мая. До тех пор модели девяти Консультативных центров по вулканическому пеплу (VAACs) по всему миру, целью которых было предсказание того, когда облако пепла мешает маршрутам самолетов, основывались на отслеживании облаков в атмосфере.

Вслед за этой экономической катастрофой для авиакомпаний в Европе были введены пороговые значения концентрации золы, которые используются авиакомпаниями при принятии решений об ограничении полетов. Однако группа исследователей, возглавляемая Женевским университетом (UNIGE), Швейцария, обнаружила, что даже самый маленький вулканический пепел ведет себя не так, как ожидалось. Его результаты, которые будут опубликованы в журнале Nature Communications, помогут уточнить способ представления вулканического пепла в прогнозных моделях, используемых VAACs, которые должны реагировать в режиме реального времени, чтобы дать полезные советы во время извержения вулкана.

Извержение исландского вулкана Эйяфьядлайекюдль в 2010 году не только нарушило глобальное воздушное сообщение, но и поставило под сомнение функционирование стратегий прогнозирования, используемых VAACs, основанных только на пространственном отслеживании облака пепла. Совещание экспертов уточнило стратегии, основанные на пороговых значениях концентрации пепла, и позволило быстрее возобновить полеты, обеспечив при этом безопасность пассажиров и летного персонала.

"Во время вулканического взрывного извержения из вулканического жерла выбрасываются осколки размером от нескольких микрон до более чем 2 метров", - объясняет Эдуардо Росси, исследователь кафедры наук о Земле Факультета наук UNIGE и первый автор исследования. Чем крупнее частицы, тем быстрее и ближе к вулкану они падают, снижая концентрацию пепла в атмосфере. "Вот почему новые стратегии интегрировали пороги концентрации, лучше определяющие опасность для авиационных двигателей. Начиная с 2 миллиграммов на кубический метр, авиакомпании должны иметь утвержденный случай безопасности для работы", - говорит исследователь из Женевы.

Несмотря на существующие знания об облаках пепла, несколько открытых вопросов остались без ответа после извержения Эйяфьятлайекюдля в 2010 году, включая открытие частиц в Великобритании, которые были намного больше, чем ожидалось. "Мы хотели понять, как это возможно, точно проанализировав частицы пепла из вулкана Сакурадзима в Японии, который извергается 2-3 раза в день на протяжении более 50 лет", - говорит Костанца Бонадонна, профессор кафедры наук о Земле в UNIGE.

Используя клейкую бумагу для сбора пепла до того, как он упал на землю, команда ученых уже наблюдала во время извержения Эйяфьятлайекюдля, как микрометрические частицы группируются в кластеры, которые после столкновения с землей разрушаются. "Он играет важную роль в скорости осаждения, - отмечает Эдуардо Росси. Будучи собранными в агрегаты, эти микрометровые частицы падают гораздо быстрее и ближе к вулкану, чем предсказывают модели, потому что они в конечном счете тяжелее, чем если бы они падали по отдельности. Это называется преждевременным осаждением. "

В Японии команда UNIGE сделала новое важное открытие: наблюдение эффекта рафтинга. Используя высокоскоростную камеру, вулканологи наблюдали за осаждением пепла в режиме реального времени и обнаружили ранее невидимые агрегаты, называемые сердцевинными скоплениями. "Они образованы большой частицей размером 100-800 мкм—ядром,—которое покрыто множеством мелких частиц размером менее 60 мкм, - объясняет Костанца Бонадонна. И этот внешний слой мелких частиц может действовать как парашют над ядром, задерживая его осаждение. Это и есть эффект рафтинга. "

Этот эффект рафтинга был теоретически предложен в 1993 году, но в конечном итоге признан невозможным. Сегодня его существование хорошо и верно доказано прямым наблюдением и точным теоретическим анализом, что стало возможным благодаря высокоскоростной камере. "Работая с Фрэнсис Беккет из Британского метрополитен-офиса, мы провели несколько симуляций, которые позволили нам ответить на вопросы, поднятые извержением Эйяфьятлайекюдля и необъяснимым открытием этих негабаритных частиц пепла в Великобритании. Это был результат эффекта рафтинга, который задержал падение этих агрегатов", - восхищается Эдуардо Росси.

Теперь, когда агрегаты золы, сердцевинные кластеры и эффект рафтинга были изучены, речь идет о сборе более точных физических параметров частиц, чтобы в один прекрасный день они могли быть интегрированы в рабочие модели VAAC, для которых размер и плотность играют решающую роль в расчете концентрации золы в атмосфере.

ИСТОЧНИК