Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2020, T. 493, № 1, стр. 54-57

Сильные локальные возмущения геофизической среды и геофизических полей, вызванные процессами природного и техногенного происхождения, являются важным объектом исследований [1]. Изучение характеристик таких возмущений представляет особый интерес не только с точки зрения идентификации источника и установления его характеристик, но также для получения информации о самой природной среде, поскольку характер и количественные характеристики ее реакции на внешние возмущения во многом определяются ее динамическими свойствами.

Вулканическая деятельность особенно крупных вулканов представляет собой один из наиболее мощных источников возмущения геофизической среды. Извержения сопровождаются рядом атмосферных и электрических эффектов, регистрируемых на разных расстояниях от источника [2–7].

В настоящем сообщении в качестве примера рассматриваются возмущения электрического и магнитного поля Земли, вызванные первой, эксплозивной стадией извержения вулкана “Стромболи” (о. Стромболи, Италия). Пароксизмальная активность указанного вулкана после достаточно долгого перерыва возобновилась 3 августа 2019 г. примерно в 13:50 UT¹¹. По данным Национального института геофизики и вулканологии Италии (INGV) в период с 13:50 до 15:00 UT было зафиксировано несколько эксплозий, сопровождавшихся интенсивным выбросом в атмосферу газов и пирокластического материала, что вызвало, как показано ниже, геомагнитные вариации и вариации электрических характеристик атмосферы.

При изучении геофизических эффектов извержения вулкана “Стромболи” в качестве исходных данных использовались данные магнитной регистрации трех компонент магнитного поля B_x, B_y и B_z²² обсерваторий сети ИНТЕРМАГНЕТ, расположенных на разных расстояниях от вулкана R (табл. 1), и среднеширотной геофизической обсерватории “Михнево” ИДГ РАН (MHV) [8]. При описании электрических возмущений приземного слоя атмосферы использовались результаты непрерывной регистрации вертикальных компонент атмосферного электрического поля Е и атмосферного тока I в MHV. Анализировались данные, полученные в эксплозивный период извержений вулкана “Стромболи”. Следует отметить, что указанный период времени характеризуется низкой магнитной активностью (табл. 2) и отсутствием значимых возмущений электрического поля от природных и техногенных источников, что значительно упростило анализ влияния вулканической деятельности на рассматриваемые физические поля.

Характер вариаций наиболее чувствительной к внешним возмущениям горизонтальной компоненты магнитного поля B_H [9], в период начальной стадии извержения вулкана отличается по данным разных обсерваторий. В ряде обсерваторий вызванные эксплозивной стадией извержения вулкана “Стромболи” вариации характеризуются выраженным бухтообразным повышением B_H (рис. 1, левая колонка). Данные других обсерваторий свидетельствуют о знакопеременном характере вызванных вариаций B_H (рис. 1, правая колонка). При этом интересно отметить, что максимальные амплитуды бухтообразного повышения и периодических вариаций B_H характеризуются для всех расстояний амплитудой в достаточно узком диапазоне: ~5–10 нТл. Длительности обоих видов вызванных возмущений также примерно одинаковы и составляют ~100–120 мин.

Рис. 1.

Вариации горизонтальной компоненты магнитного поля Земли в период эксплозивной стадии извержения вулкана “Стромболи” (данные обсерваторий сети ИНТЕРМАГНЕТ и MHV).

В качестве характерной особенности представленных на рис. 1 данных следует отметить близкие по времени начала вариаций магнитного поля для обсерваторий, расположенных на значительно отличающихся расстояниях R от вулкана (табл. 1), что может свидетельствовать о глобальном характере вызванных геомагнитных возмущений, либо о распространении возмущений с большой скоростью.

Изменение хода Е в период эксплозии вулкана по данным MHV представлено на рис. 2. Из данных рис. 2 следует, что примерно в 14:00–14:10 UT, то есть на самой ранней стадии вулканической активности, в MHV отмечается возмущение Е в виде возникновения периодических вариаций с максимальной амплитудой ~80 В/м и средним периодом ~40 мин.

Рис. 2.

Вариации вертикальной компоненты напряженности электрического поля Е в период эксплозивной стадии извержения вулкана “Стромболи” (данные MHV).

Пароксизмальный характер начальной стадии извержения вулкана “Стромболи” оказал также влияние на амплитуду атмосферного тока. Данные, приведенные на рис. 3 свидетельствуют о том, что в первые моменты эксплозивной стадии извержения вулкана наблюдаются повышенные значения среднеквадратичной амплитуды I₀ вертикальной компоненты атмосферного тока в обсерватории MHV.

Рис. 3.

Среднеквадратичное отклонение амплитуды вертикального атмосферного тока в период эксплозивной стадии извержения вулкана “Стромболи” (данные MHV).

Приведенные выше результаты показывают, что начало извержения вулкана “Стромболи”, которое имеет эксплозивный характер, сопровождалось выраженными геомагнитными вариациями, а также вариациями напряженности электрического поля и амплитуды атмосферного тока, зарегистрированными на значительном расстоянии от источника возмущений. Характерно при этом, что возмущения всех рассматриваемых геофизических полей, возникают через малое время после эксплозии. Это дает основания предполагать, что наиболее вероятным механизмом передачи возмущения в пространстве является механизм акустического (акустико-гравитационные волны) и электрического воздействия вулкана на эпицентральную область ионосферы при дальнейшем распространении этого возмущения по ионосфере с большой скоростью (~20 км/с), например, в виде магнитогидродинамической волны на значительные расстояния, причем с малым затуханием [10].

Для объяснения характера и амплитуд вызванных вариаций рассмотренных геофизических полей, в частности, двух видов геомагнитных вариаций, требуется проведение специальных исследований с целью установления механизмов возмущающего воздействия вулканических извержений на геофизическую среду с учетом общей геофизической обстановки и одновременно локальных условий, в которых выполняется регистрация.

По мнению авторов предложенный в сообщении материал, а это результаты не частых в настоящее время инструментальных наблюдений, окажутся полезными исследователям при разработке теоретических и расчетных моделей воздействия вулканов на геофизическую среду, выступая в качестве необходимой основы для их верификации.