Пульсу потребовалось всего 35 часов, чтобы охватить весь мир.
Извержение Хунга-Тонга-Хунга-Хаапай достигло пика взрывного крещендо 15 января 2022 года. Его быстрое высвобождение энергии вызвало океанское цунами, которое нанесло ущерб даже западному побережью США, но он также генерировал волны давления в атмосфере, которые быстро распространялись по всему миру.
Атмосферная волна вблизи извержения была довольно сложной, но в тысячах миль от нее она выглядела как изолированный волновой фронт, движущийся горизонтально со скоростью более 650 миль в час, распространяясь наружу.
Джеймс Гарвин из НАСА, главный научный сотрудник Центра космических полетов Годдарда, сообщил NPR, что космическое агентство оценило мощность взрыва примерно в 10 мегатонн в тротиловом эквиваленте, что примерно в 500 раз мощнее бомбы, сброшенной на Хиросиму, Япония., во время World Word II. Со спутников, наблюдающих с помощью инфракрасных датчиков наверху, волна выглядела как рябь, возникающая при падении камня в пруд.
Импульс, зарегистрированный как возмущение атмосферного давления продолжительностью несколько минут, когда он перемещался над Северной Америкой, Индией, Европой и многими другими местами по всему миру. В Интернете люди следили за изменением пульса в режиме реального времени, поскольку наблюдатели публиковали свои барометрические наблюдения в социальных сетях. Волна обошла весь мир и обратно примерно за 35 часов.
Увлекательное изображение волны давления, связанной с извержением вулкана Тонга, когда оно переместилось сегодня через США.
RT @akrherz: 15-минутное изменение барометрического альтиметра через данные ASOS NWS/MADIS с 5-минутным интервалом. Показывает ударную волну от Tongaeruption. pic.twitter.com/qdArMC008Y
- NWS Milwaukee (@NWSMiwaukee) 15 января 2022 г.
Я метеоролог, изучающий колебания глобальной атмосферы почти четыре десятилетия. Расширение фронта волны от извержения вулкана Тонга было особенно ярким примером явления глобального распространения атмосферных волн, которое наблюдалось после других исторических взрывных событий, включая ядерные испытания..
Это извержение было настолько мощным, что атмосфера зазвенела, как колокол, хотя и на слишком низкой частоте, чтобы ее можно было услышать. Это явление впервые теоретизировали более 200 лет назад.
Кракатау, 1883
Первая такая волна давления, которая привлекла внимание ученых, была вызвана великим извержением вулкана Кракатау в Индонезии в 1883 году.
Импульс волны Кракатау был обнаружен в ходе барометрических наблюдений в различных местах по всему миру. Связь в те дни, конечно, была медленнее, но в течение нескольких лет ученые объединили различные отдельные наблюдения и смогли нанести на карту мира распространение фронта давления в часы и дни после извержения.
Фронт волны двигался от Кракатау и, по наблюдениям, совершил как минимум три полных оборота вокруг земного шара. Лондонское Королевское общество опубликовало серию карт, иллюстрирующих распространение волнового фронта, в знаменитом отчете об извержении 1888 года.
Карты из отчета 1888 года, показанные здесь в виде анимированной петли, показывают положение каждые два часа волны давления от извержения Кракатау в 1883 году. Кевин Гамильтон, на основе изображений Лондонского королевского общества, CC BY-ND
Волны, наблюдаемые после Кракатау или недавнего извержения вулкана Тонга, представляют собой звуковые волны очень низкой частоты. Распространение происходит по мере того, как локальные изменения давления воздействуют на прилегающий воздух, который затем ускоряется, вызывая расширение или сжатие с сопутствующими изменениями давления, что, в свою очередь, толкает воздух дальше по пути волны.
В нашем обычном опыте с высокочастотными звуковыми волнами мы ожидаем, что звук распространяется по прямым линиям, скажем, от взрывающейся ракеты фейерверка прямо к уху наблюдателя на земле. Но особенность этих глобальных импульсов давления заключается в том, что они распространяются только горизонтально и поэтому изгибаются, следуя кривизне Земли.
Теория волн, обнимающих Землю
Более 200 лет назад великий французский математик, физик и астроном Пьер-Симон де Лаплас предсказал такое поведение.
Лаплас основывал свою теорию на физических уравнениях, управляющих атмосферными движениями в глобальном масштабе. Он предсказал, что в атмосфере должен существовать класс движений, которые быстро распространяются, но охватывают поверхность Земли. Лаплас показал, что силы гравитации и атмосферная плавучесть благоприятствуют горизонтальному движению воздуха по сравнению с вертикальным движением воздуха, и один из эффектов заключается в том, что некоторые атмосферные волны могут следовать за кривизной Земли.
Большую часть 19 века это казалось несколько абстрактной идеей. Но данные о давлении после извержения вулкана Кракатау в 1883 году драматическим образом показали, что Лаплас был прав и что эти движения вокруг Земли могут быть возбуждены и распространяться на огромные расстояния.
Понимание этого поведения используется сегодня для обнаружения далеких ядерных взрывов. Но полное применение теории Лапласа к фоновым вибрациям глобальной атмосферы было подтверждено лишь недавно.
Звенит как колокол
Извержение, которое заставляет атмосферу звенеть, как колокол, является одним из проявлений явления, о котором теоретизировал Лаплас. То же явление присутствует и в виде глобальных колебаний атмосферы.
Эти глобальные колебания, аналогичные выплескиванию воды вперед и назад в ванне, были окончательно обнаружены только недавно.
Волны могут быстро соединять атмосферу по всему земному шару, подобно волнам, распространяющимся через музыкальный инструмент, такой как струна скрипки, кожа барабана или металлический колокольчик. Атмосфера может «звенеть» на наборе различных частот.
В 2020 году мой коллега из Киотского университета Такатоси Сакадзаки и я смогли использовать современные наблюдения, чтобы подтвердить последствия теории Лапласа для глобально когерентных колебаний атмосферы. Анализируя недавно выпущенный набор данных об атмосферном давлении каждый час в течение 38 лет на сайтах по всему миру, мы смогли определить глобальные закономерности и частоты, которые теоретизировали Лаплас и его последователи..
Эти глобальные атмосферные колебания слишком низкочастотны, чтобы их можно было услышать, но они постоянно возбуждаются всеми другими движениями в атмосфере, создавая очень мягкую, но настойчивую «фоновую музыку» для более драматичных погодных явлений. колебания в нашей атмосфере.
Работа Лапласа была первым шагом на пути к современному компьютерному прогнозированию погоды.
Эта статья переиздана из The Conversation под лицензией Creative Commons. Прочтите исходную статью.