Извержение подводного вулкана Хунга-Тонга-Хунга-Хаапаи, произошедшее 15 января 2022 года, вызвало на Земле импульсивные нисходящие силы реакции, излучавшие сейсмические волны по всей планете. Геологи проанализировали телесейсмические волны и волны Рэлея с интервалом примерно в 50 секунд, чтобы определить историю сил и получить представление об общем процессе извержения вулкана. Акустические волны, генерируемые во время процесса, вызвали широкополосные колебания грунта по всей земле наряду с обычными волнами цунами.

В новом отчете, опубликованном в журнале Science Advances, Рикардо Гарза-Гирон и исследовательская группа по наукам о Земле и планетах из Калифорнийского университета в Санта-Крузе, Калифорнийского научного центра землетрясений и сейсмологической лаборатории Калтеха и Страсбургского университета (Франция) описали взаимодействия твердой земли и атмосферы, окружавшие этот процесс.

Извержение Хунга-Тонга-Хунга-Хапай

Извержение Хунга-Тонга-Хунга-Хапай, произошедшее 15 января 2022 года, привело к образованию самого высокого шлейфа среди всех предыдущих извержений вулкана - из-за взаимодействия магмы и воды. Это событие вызвало сильную аномалию водяного пара в средней стратосфере из-за степени взаимодействия магмы и воды на поверхности океана в результате извержения подводного вулкана.

Этот процесс одновременно вызвал почти 590 000 молний, наблюдавшихся во всем мире в ионосфере и атмосфере, частично вызванных акустико-гравитационной волной и глобальными сейсмическими волнами. Это явление стало крупнейшим извержением со времен извержения вулкана Пинатубо на Филиппинах в 1991 году. В этой работе Гарза-Гирон и его команда представили несколько сейсмических методов для количественной оценки и представления наземных механизмов, связанных с этим явлением.

Три фундаментальные силы вносят свой вклад в движение грунта, зафиксированное сейсмометрами во время извержения Тонга в 2022 году. К ним относятся прямые сейсмические волны, возникающие в результате самого эруптивного процесса, и два других взаимодействия, связанные с атмосферными возмущениями, относящимися к извержению, - силы нисходящей реакции и атмосферные акустические волны, соответственно. Силы нисходящей реакции, воздействующие на Землю, могут действовать в источнике во время быстрой дефляции давления в магматическом резервуаре и системе каналов для быстрого выброса материала в струе извержения.

Этот процесс включает в себя сложную комбинацию систем сил, которые почти одновременно действовали для снижения давления в магматической системе, чтобы переместить материал на поверхность вулкана и выпустить его струей в атмосферу. Исследовательская группа разработала комплексный, изменяющийся во времени аналитический процесс определения характеристик, чтобы получить представление о сейсмических источниках, задействованных на самой энергичной стадии извержения.

Исследовательская группа рассчитала осесимметричное излучение волн тела и поверхностных волн, возникающих в месте расположения источника, чтобы оценить процесс быстрого вертикального выброса, наблюдавшегося во время взрывного извержения. Вместе взятые, сигналы P-волн и волн Рэлея показали последовательность взрывных извержений, которые длились около четырех с половиной часов, чтобы создать силы реакции, наблюдаемые по всей Земле.

После этих оценок исследователи отметили, что узкополосные длиннопериодные движения грунта при извержении в Тонга в 2022 году показали сходство резонансных волн Рэлея с теми, которые наблюдались при извержении Пинатубо в 1991 году. Колебательные силы, рассчитанные в месте источника, показали значительное усиление примерно через 4500 секунд после события, что указывает на время, необходимое для развития атмосферных акустических стоячих мод.

Таким образом, Рикардо Гарза-Гирон и его коллеги продемонстрировали глубокие последствия динамики редких, очень крупных вулканических извержений. Наблюдаемые волновые движения, возникшие в результате извержения Тонга в 2022 году, распространились по суше, морю и атмосфере. Бурный и энергичный процесс извержения указывал на взаимодействие между водой и магмой, а также на динамические изменения в стабильности кондуита.

Исследователи рассчитали интегрированные по времени кумулятивные силы, действующие на Землю во время самого энергичного вулканического события за последние годы. Далее команда ученых включила сейсмологические модели импульса силы, чтобы описать, как дальнейшее взаимодействие между землей и воздухом может поддерживаться во время вулканических событий посредством атмосферных акустических колебаний.