Некоторым вулканам удается довольно тонкий трюк: они выдувают из жерла дымовые кольца. Такие кольца время от времени наблюдались у итальянской Этны и исландского Эйяфьядлайекюдля. Вулканологи нашли новые подсказки о том, как лопающиеся в жерлах некоторых вулканов пузыри формируют это удивительное явление.
По словам вулканолога Симоны Сколло из итальянского Национального института геофизики и вулканологии, большинство исследований в отношении вулканов сосредоточено на сильных извержениях, угрожающих жизни людей.
«Мы же хотим понять, как действуют вулканы, — пояснила она, — не только тогда, когда они создают угрозу для людей или когда становятся очень опасными». Поэтому она вместе с командой ученых занялись исследованием колец, обычно связанных с относительно умеренной вулканической активностью. Результаты этого проекта были опубликовали в прошлом месяце в журнале Scientific Reports.
Кольца вулканического пара
Есть некоторое сходство между тем, как вулканы извергают кольчатые клубы дыма, и тем, как выпускают кольчатые пузыри дельфины, или тем, как курильщики выдыхают дымовые кольца. Общее у этих колец в том, что они формируются главным образом не из дыма, а из водяного пара. Исследователи обычно говорят «паровые кольца» или «вихревые кольца», когда описывают кольцеобразные завихрения газа. Паровые выбросы, вздымающиеся из жерла вулкана (как и изо рта курильщика), замедляются при встрече с сопротивлением воздушной атмосферы, в результате чего газ в их составе зацикливается внутри этой порции выброса.
Тем не менее вулканологам не совсем ясно, что именно происходит внутри вулкана, чтобы вызвать образование паровых колец. Ведь даже вулканы, известные такими кольцами, не выпускают их постоянно.
Команда доктора Сколло прошерстила интернет в поисках паровых колец, снятых на камеру. На изображениях и видео, которые им удалось обнаружить, кольца были от 9 до 200 метров в диаметре и существовали 10 минут максимум. Обычно это были белые кольца пара, иногда имевшие серый или коричневый оттенок из-за пепла.
Форма вулканического кратера
Исследователи смоделировали возможное движение газа и пузырьков внутри вулканического ствола. Чтобы образовались паровые кольца, маленькие пузырьки газа должны были слиться и пройти сквозь магму, образуя газовые карманы под давлением.
Когда такие карманы взрываются, то могут вытолкнуть некоторое количество газа достаточно быстро, чтобы образовалось паровое кольцо. Но при этом жерло вулкана также должно иметь круглую или слегка сплющенную форму. Вулканы с неправильными или более эллиптическими кратерами, как правило, колец не образовывают. А если им это удается, то на выходе форма пончика у кольца деформируется или оно начинает качаться, сообщила команда итальянских исследователей.
Объединение собранных фото и видео с построенной моделью вулкана позволило команде доктора Сколло найти физические условия, необходимые для возникновения паровых колец.
«Как только удаться понять этот процесс, то получится узнать кое-что новое и о самом вулкане», — заявил вулканолог Дэвид Фи (Университет Аляски), не принимавший участия в этом эксперименте. Например, отметил он, выбросы колец могут что-то рассказать о вулканической магме. Вулканы, выпускающие паровые кольца, характеризуются жидкой породой, которая с большей вероятностью может изливаться.
Но, как добавил доктор Фи, существуют пределы того, что паровые кольца могут сообщить о вулкане.
К примеру, когда какой-либо вулкан становится опасным, вроде горы Сент-Хеленс в штате Вашингтон, и постоянно извергает газ, а также большой объем твердого материала, он не выпускает паровые кольца. Об этом рассказал Борис Бенке, коллега доктора Сколло по институту геофизики и вулканологии, в данном исследовании не участвовавший. Он был свидетелем сотен паровых колец, в том числе на вулкане Этна в период его недавней активности.
В 2000-м вулкан Этна за несколько месяцев выпустил много пара, а также тысячи паровых колец, выходивших при этом только из одного кратера (у Этны четыре кратера).
«Это было самое эффектное наблюдение, никогда прежде не отмечаемое где-либо – ни на Этне, ни на других вулканах», — сообщил доктор Бенке. «Иногда можно было увидеть, как в небо поднимались один за другим пять или шесть таких колец», — добавил он.
Доктор Сколло и ее команда надеются выяснить механизм этого явления, используя высокоскоростные камеры и оборудование, способное улавливать звуки взрывающегося газа. И тогда, возможно, выявлять кольца по мере их формирования будет не так уж сложно.