Столбец извержения
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( июль 2021 г. ) |
Столб извержения или шлейф извержения представляет собой облако перегретого пепла и тефры , взвешенное в газах, выбрасываемых во время взрывного извержения вулкана . Вулканические материалы образуют вертикальный столб или шлейф , который может подниматься на многие километры в воздух над жерлом вулкана. При наиболее взрывных извержениях столб извержения может подняться на высоту более 40 км (25 миль), проникая в стратосферу . Стратосферное выбрасывание аэрозолей вулканами является основной причиной краткосрочного изменения климата .
Обычным явлением при эксплозивных извержениях является обрушение колонны , когда колонна извержения становится или становится слишком плотной, чтобы ее можно было поднять высоко в небо конвекцией воздуха, и вместо этого падает вниз по склонам вулкана, образуя пирокластические потоки или волны (хотя последнее менее распространено). плотный). В некоторых случаях, если материал недостаточно плотный, чтобы упасть, он может создать пирокучево-дождевые облака.
Формирование
[ редактировать ]
Столбы извержения образуются в результате взрывной вулканической активности, когда высокая концентрация летучих материалов в поднимающейся магме приводит к ее разрушению на мелкий вулканический пепел и более грубую тефру . Пепел и тефра выбрасываются со скоростью несколько сотен метров в секунду и могут быстро подниматься на высоту в несколько километров, поднимаясь огромными конвекционными потоками.
Столбы извержений могут быть временными, если они образуются в результате дискретного взрыва, или продолжительными, если они производятся в результате непрерывного извержения или близко расположенных дискретных взрывов.
Структура
[ редактировать ]Твердые и жидкие материалы в столбе извержения поднимаются в результате процессов, которые изменяются по мере подъема материала: [ 1 ]
- У основания колонны материал резко выталкивается вверх из кратера под давлением быстро расширяющихся газов, в основном пара. Газы расширяются, потому что давление породы над ними быстро уменьшается по мере приближения к поверхности. Эта область называется областью газовой тяги и обычно простирается всего на один или два километра над жерлом.
- Область конвективного надвига охватывает большую часть высоты колонны. Область газовой тяги очень турбулентна, окружающий воздух подмешивается к ней и нагревается. Воздух расширяется, уменьшая свою плотность и поднимаясь вверх. Поднимающийся воздух уносит вверх весь твердый и жидкий материал из извержения.
- По мере того, как столб поднимается в менее плотный окружающий воздух, он в конечном итоге достигает высоты, на которой горячий поднимающийся воздух имеет ту же плотность, что и окружающий холодный воздух. В этой области нейтральной плавучести извергнутый материал больше не будет подниматься за счет конвекции, а исключительно за счет восходящего импульса, который он имеет. Это называется зонтичной областью и обычно обозначается расширяющейся вбок колонной. Извергающийся материал и окружающий холодный воздух имеют одинаковую плотность у основания зонтичной области, а вершина отмечена максимальной высотой, импульс которой переносит материал вверх. Поскольку скорости в этом регионе очень низкие или незначительные, они часто искажаются стратосферными ветрами.
Высота колонн
[ редактировать ]
Столб перестанет подниматься, как только достигнет высоты, на которой его плотность превышает плотность окружающего воздуха. Несколько факторов определяют высоту, которой может достичь столб извержения.
Внутренние факторы включают диаметр извергающегося жерла, содержание газа в магме и скорость , с которой она извергается. Внешние факторы могут иметь важное значение: ветры иногда ограничивают высоту столба, а также играет роль местный температурный градиент. Температура воздуха в тропосфере обычно снижается примерно на 6-7 К /км, но небольшие изменения этого градиента могут оказать большое влияние на конечную высоту столба. Теоретически максимально достижимая высота колонны составляет около 55 км (34 мили). На практике наблюдается высота столбов в диапазоне примерно 2–45 км (1,2–28,0 миль).
Столбы извержений высотой более 20–40 км (12–25 миль) прорывают тропопаузу и выбрасывают частицы в стратосферу . Пепел и аэрозоли в тропосфере быстро удаляются осадками , но материал, попадающий в стратосферу, рассеивается гораздо медленнее в отсутствие погодных систем. Значительные объемы стратосферных выбросов могут иметь глобальные последствия: после извержения горы Пинатубо в 1991 году глобальная температура упала примерно на 0,5 °C (0,90 °F). Считается, что самые крупные извержения вызывают падение температуры на несколько градусов и потенциально являются причиной некоторых известных массовых вымираний .
Высота столба извержения является полезным способом измерения интенсивности извержения, поскольку для данной атмосферной температуры высота столба пропорциональна корню четвертой степени из массовой скорости извержения. Следовательно, при аналогичных условиях для удвоения высоты столба требуется извержение, выбрасывающее в 16 раз больше материала в секунду. Высоту столба извержений, которые не наблюдались, можно оценить, составив карту максимального расстояния, на которое пирокласты разных размеров переносятся из жерла - чем выше столб, тем дальше может быть перенесен выброшенный материал определенной массы (и, следовательно, размера).
Приблизительная максимальная высота столба извержения определяется уравнением.
- Н = к(МΔТ) 1/4
Где: [ нужны разъяснения ]
- k — константа, зависящая от различных свойств, например атмосферных условий.
- M – массовая скорость извержения.
- ΔT — это разница температур между извергающейся магмой и окружающей атмосферой.
Опасности
[ редактировать ]Обрушение колонны
[ редактировать ]
Столбы извержения могут стать настолько нагруженными плотным материалом, что станут слишком тяжелыми, чтобы их можно было поддерживать конвекционными потоками. Это может произойти внезапно, если, например, скорость извержения магмы увеличивается до такой степени, что захватывается недостаточно воздуха для ее поддержания, или если плотность магмы внезапно увеличивается по мере более плотной магмы из нижних областей стратифицированного магматического очага извлечения .
Если это произойдет, то материал, достигающий дна области конвективного надвига, больше не сможет должным образом поддерживаться конвекцией и упадет под действием силы тяжести , образуя пирокластический поток или волну , которая может перемещаться по склонам вулкана со скоростью более 100– 200 км/ч (62–124 миль в час). Обрушение колонны является одной из наиболее распространенных и опасных вулканических опасностей при извержениях, образующих колонны.
Самолет
[ редактировать ]Несколько извержений подвергли серьезной опасности самолеты, которые столкнулись со столбом извержения или пролетели мимо него. В двух отдельных инцидентах в 1982 году авиалайнеры пролетели в верховья столба извержения, оторвавшегося от горы Галунггунг , и пепел серьезно повредил оба самолета. Особую опасность представляли собой попадание золы в работу двигателей, пескоструйная обработка окон кабины, сделавшая их практически непрозрачными, а также загрязнение топлива в результате попадания золы через каналы наддува. Повреждение двигателей представляет собой особую проблему, поскольку температуры внутри газовой турбины настолько высоки, что вулканический пепел плавится в камере сгорания и образует стеклянное покрытие на компонентах, расположенных дальше по потоку от нее, например, на лопатках турбины.
В случае с рейсом 9 British Airways у самолета отказали все четыре двигателя, а в другом, девятнадцать дней спустя, на самолете 747 Singapore Airlines отказали три из четырех двигателей. В обоих случаях двигатели были успешно перезапущены, но Самолеты были вынуждены совершить вынужденную посадку в Джакарте .
Аналогичный ущерб самолету был причинен из-за столба извержения Редут вулкана на Аляске в 1989 году. После извержения горы Пинатубо в 1991 году самолеты были отклонены, чтобы избежать столба извержения, но, тем не менее, мелкий пепел, разлетевшийся по обширной территории в Юго-Восточной Азии, вызвал повреждение 16 самолетов, некоторые из которых находятся на расстоянии 1000 км (620 миль) от вулкана.
Столбы извержения обычно не видны на метеорадиолокаторах и могут быть скрыты обычными облаками или ночью. [ 3 ] существует сеть из девяти консультативных центров по вулканическому пеплу , которые постоянно отслеживают столбы извержений, используя данные со спутников, наземные отчеты, отчеты пилотов и метеорологические модели. Из-за рисков, которые представляют для авиации столбы извержений, по всему миру [ 4 ]
См. также
[ редактировать ]- Криовулкан
- Энцелад – вулканически активный спутник планеты Сатурн.
- Гора Пеле
- Пеле (вулкан)
- Пелеанское извержение
- Плинианское извержение
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Как работают вулканы – Модель извержения (фильм QuickTime)» . Государственный университет Сан-Диего . Архивировано из оригинала 1 июля 2007 г. Проверено 30 июня 2007 г.
- ^ «Бюллетень Глобальной сети вулканизма; том 15, номер 4 (апрель 1990 г.)» . Глобальная программа вулканизма . Смитсоновский институт . 1990 . Проверено 14 января 2018 г.
- ^ Митчелл Рот; Рик Гуриц (июль 1995 г.). «Визуализация облаков вулканического пепла». IEEE Компьютерная графика и приложения . 15 (4): 34–39. дои : 10.1109/38.391488 .
- ^ «Держать самолеты подальше от вулканического пепла - Консультативный центр по вулканическому пеплу Дарвина» . Правительство Австралии – Бюро метеорологии . Проверено 30 июня 2007 г.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Касадевалл Т.Дж.; Делос Рейес П.Дж.; Шнайдер DJ (1993). «Извержения Пинатубо 1991 года и их влияние на полеты самолетов» . Огонь и грязь: извержения и лахары горы Пинатубо, Филиппины . Геологическая служба США/Филиппинский институт вулканологии и сейсмологии . Проверено 30 июня 2007 г.
- Чакраборти П.; и др. (2009). «Вулканические мезоциклоны» (PDF) . Природа . 458 (7237): 495–500. Бибкод : 2009Natur.458..497C . дои : 10.1038/nature07866 . ПМИД 19325632 . S2CID 1129142 . [ постоянная мертвая ссылка ]
- Глазурь ЛС; Балога С.М. (1996). «Чувствительность высоты плавучего шлейфа к условиям окружающей атмосферы: последствия для столбов извержений вулканов». Журнал геофизических исследований . 101 (Д1): 1529–1540. Бибкод : 1996JGR...101.1529G . дои : 10.1029/95JD03071 .
- Скейс, ММ (2009). «Эволюция столбов извержений вулканов» . Журнал геофизических исследований . 114 (Ф4): F04003. Бибкод : 2009JGRF..114.4003S . дои : 10.1029/2009JF001300 .
- Вудс, AW (1988). «Гидродинамика и термодинамика колонн извержения». Бык. Вулканол . 50 (3): 169–193. Бибкод : 1988BVol...50..169W . дои : 10.1007/BF01079681 . S2CID 140193721 .
- Уилсон Л.; Спаркс РСЖ; Хуан ТЦ; Уоткинс Н.Д. (1978). «Контроль высоты вулканических столбов по энергетике и динамике извержений». Журнал геофизических исследований . 83 (Б4): 1829–1836. Бибкод : 1978JGR....83.1829W . CiteSeerX 10.1.1.550.7357 . дои : 10.1029/JB083iB04p01829 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]
