Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2022, T. 505, № 2, стр. 196-198

15 января в 04:15 UTC началась активная взрывная фаза извержения вулкана на острове Хунга-Тонга-Хунга-Хаапай, который расположен в 30 км от острова Тонга Фонуафоу [1]. В результате взрыва сформировалось атмосферное возмущение, волна Лэмба [2], которое при своем распространении было зарегистрировано как недавно установленными датчиками DART [3], так и другими датчиками, установленными по всему Тихому океану. При первом анализе записей системы DART зафиксированные отклонения уровня моря были приписаны образовавшейся цунами. Наряду с импульсом в атмосфере, при анализе спутниковых данных, были обнаружены атмосферные гравитационные волны, сформировавшиеся в результате вертикальных перемещений частиц от поверхности моря в ионосферу [4].

Волны Лэмба, вызванные взрывом вулкана, распространились по всей нашей планете, в том числе достигнув м. Шульца залива Петра Великого Японского моря, расположенного на расстоянии около 9000 км от острова Хунга-Тонга-Хунга-Хаапай. На данном мысе Шульца в постоянном режиме функционирует лазерно-интерференционный комплекс ТОИ ДВО РАН, состоящий из лазерного нанобарографа [5] и двухкоординатного лазерного деформографа, состоящего из двух лазерных деформографов неравноплечего типа, измерительные плечи которых расположены под углом 92° относительно друг друга [6]. Каждый лазерный деформограф регистрирует смещения участков верхнего слоя земной коры в частотном диапазоне от 0 (условно) до 1000 Гц с точностью не хуже 0.1 нм. Лазерный нанобарограф регистрирует вариации атмосферного давления в частотном диапазоне от 0 (условно) до 1000 Гц с точностью не хуже 50 мкПа. Все полученные экспериментальные данные по кабельным линиям поступают в лабораторное помещение, где, после предварительной обработки (фильтрация и децимация), заносятся в базу экспериментальных данных аппаратно-программного вычислительного комплекса.

При анализе записей лазерного деформографа “север‒юг” с длиной измерительного плеча 52.5 м и лазерного нанобарографа установлено, что обеими установками зарегистрировано несколько приходов волны Лэмба, вызванной взрывом вулкана. Первый приход волны был зарегистрирован лазерным нанобарографом 15.01.22 г. в 12:10 UTC, т.е. через 7 ч 50 мин после взрыва. Высота этого импульса составила 220 Па (рис. 1а). На записях лазерного деформографа также был зарегистрирован импульс в это же время, его высота составила 6.4 мкм (рис. 1б). Затем, обогнув земной шар, этот же импульс был зарегистрирован обоими приборами 17.01.22 г. На рис. 1а представлен фрагмент записи лазерного нанобарографа, где стрелками обозначены оба импульса, пришедшие 15.01.22 г. и 17.01.22 г. в 00:44 UTC. Второй приход прямого импульса был зарегистрирован через 36 ч 40 мин после извержения. На записи лазерного нанобарографа высота импульса составила 102 Па. На фрагменте записи лазерного деформографа (рис. 1б) обозначены стрелками оба этих импульса, первого, и обогнувшего земной шар. Высота второго импульса составила 3 мкм.

Рис. 1.

Фрагменты записей лазерного нанобарографа а) лазерного деформографа б) и отфильтрованные фрагменты записей лазерного нанобарографа в), лазерного деформографа 7) за 15–17 января 2022 г.

Для поиска импульса, прошедшего антиподальную область, т.е. от вулкана до приемников в обратном направлении, записи лазерного нанобарографа и лазерного деформографа были отфильтрованы полосовым фильтром Хэмминга в полосе от 1 мин до 1 ч. Отфильтрованные записи представлены на рис. 1в, г, на которых выделяются антиподальные импульсы, отмеченные красными стрелками. На обоих приборах этот импульс был зарегистрирован 16.01.22 г. в 01:12, т.е. через 20 ч 57 мин после взрыва вулкана. На записи лазерного нанобарографа высота импульса составила 47 Па, а на записи лазерного деформографа 1.3 мкм.

При первом приходе ширина импульса была около 30 мин, после которого на записях всех приборов (два лазерных деформографа и лазерный нанобарограф) регистрировались колебания в минутном диапазоне периодов. В ходе обработки данных участков записей двух лазерных деформографов и лазерного нанобарографа выделены мощные максимумы на периодах 17 мин 04 с, 8 мин 32 с, 4 мин 16 с и 3 мин 06 с. Интересно отметить, что период колебания 17 мин 04 с близок к периоду основной моды собственных колебаний бухты Витязь [7], граничащий с севера с м. Шульца.

В этот же период наблюдения вблизи поселка Посьета Приморского края работал волнограф в заливе Посьета, покрытого льдом. После прихода первого импульса возникли низкочастотные колебания на периодах 1.5 ч, 34.2 и 30.2 мин. В этом районе ранее нами регистрировались колебания с примерно аналогичными периодами лазерным измерителем вариаций гидросферного давления [8], которые интерпретировались как сейши. Максимальная амплитуда сигнала на волнографе составила 0.15 м при толщине льда более 0.6 м. Учитывая, что эти колебания возникли через несколько минут после регистрации первого импульса лазерным нанобарографом и их периоды не совпадают с периодами колебаний атмосферного давления и верхнего слоя земной коры, выявленных на записях лазерно-интерференционных приборов, можно говорить, что это колебания бухт залива Посьета и самого залива. Резкое изменение атмосферного давления спровоцировало увеличение амплитуд сейш.

Далее обратим внимание на времена первого, второго и третьего приходов волны Лэмба. Нас будет интересовать скорость перемещений возмущений до места регистрации. В случае м. Шульца с учетом прямого приходов и антиподального прихода имеем: для первого случая скорость примерно равна 315 м/c, для антиподального случая скорость примерно равна 331 м/c, для второго прямого прихода скорость примерно составила 304 м/c. Небольшие вариации значений скоростей связаны с тем, что мы не знаем точно пройденные импульсами расстояния. Все эти скорости соответствуют типичным скоростям волны Лэмба.

В заключение необходимо отметить, что по вышеприведенным данным нельзя говорить о цунами, образовавшейся в месте взрыва вулкана и распространяющейся далее по Тихому океану, а можно говорить только о колебаниях, образовавшихся в местах прохода волны Лэмба. В пользу этого говорит и тот факт, что на записях лазерных деформографов не обнаружено скачков деформаций, вызванных деформационными процессами, приводящими к возникновению цунами [8].