Характерная электростатическая структура эруптивных облаков сильных эксплозивных извержений вулканов шивелуч и безымянный (п-ов камчатка)

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Представлен анализ зарегистрированных вариаций (аномалий) градиента потенциала электрического поля атмосферы, связанных с распространением эруптивных облаков от извержений вулкана Шивелуч и Безымянный (п-ов Камчатка). Аномалии регистрировались на различных расстояниях от центров извержений и в разных условиях стратификации атмосферы. Такие условия позволили показать, что в эруптивных облаках вулканов Шивелуч и Безымянный формируется объемная электростатическая структура, которая соответствует известной феноменологической модели, предложенной на основании исследований, проведенных на различных вулканах мира. Согласно данной модели, в верхней части эруптивного облака формируется положительный объемный электростатический заряд, в средней – отрицательный, в нижней – положительный.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Р. Р. Акбашев

Камчатский филиал Федерального исследовательского центра “Единая геофизическая служба РАН”; Камчатский государственный университет им. Витуса Беринга

Автор, ответственный за переписку.
Email: arr@emsd.ru
Россия, Петропавловск-Камчатский; Петропавловск-Камчатский

Е. И. Малкин

Институт космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН

Email: arr@emsd.ru
Россия, с. Паратунка, Елизовский район, Камчатский край

Н. В. Чернева

Институт космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН

Email: arr@emsd.ru
Россия, с. Паратунка, Елизовский район, Камчатский край

Список литературы

  1. Близнецов В.Е., Сенюков С.Л. Программа ADAP для автоматического выделения пепловых выбросов и расчета их высоты по сейсмологическим данным // Сейсмические приборы. 2015. Т. 51. № 1. С. 46–59.
  2. Гирина О.А., Маневич А.Г., Мельников Д.В. и др. Активность вулканов Камчатки и Северных Курил в 2016 г. по данным KVERT // Материалы XX региональной научной конференции “Вулканизм и связанные с ним процессы”, посвященной Дню вулканолога, 30–31 марта 2017 г. Петропавловск-Камчатский: ИВиС ДВО РАН, 2017. С. 8–10.
  3. Горшков Г.С., Богоявленская Г.Е. Вулкан Безымянный и особенности его последнего извержения 1955–1963 г. М.: Наука, 1965. 170 с.
  4. Ефимов В.А., Орешкин Д.М., Фирстов П.П. и др. Применение электростатического флюксметра ЭФ-4 для исследований геодинамических процессов // Сейсмические приборы. 2013. Т. 49. № 4. С. 35–46.
  5. Малкин Е.И., Чернева B.И., Махлай Д.О. и др. Дистанционные методы наблюдений за извержениями вулканов Шивелуч и Безымянный // Вестник КРАУНЦ. Сер.: Физ.-мат. науки. 2023. Т. 43. № 2. C. 141–165. ISSN 2079-6641. https://doi.org/10.26117/2079-6641-2023-43-2-141-165
  6. Руленко О.П. Экспериментальное исследование электризации вулканических облаков / Автореф. дис. … кандидата физ.-мат. наук. СПб., 1994. 16 с.
  7. Руленко О.П., Климин Н.Н., Дъяконова И.И., Кирьянов В.Ю. Исследования электризации облаков, создаваемых распылением вулканического пепла // Вулканология и сейсмология. 1986. № 5. С. 17–29.
  8. Руленко О.П., Токарев П.И. Атмосферно-электрические эффекты Большого трещинного Толбачинского извержения в июле–октябре 1975 г. // Бюлл. вулканол. станций. 1979. № 56. С. 96–102.
  9. Фирстов П.П., Котенко Т.А., Акбашев Р.Р. Усиление эксплозивной активности вулкана Эбеко в апреле–июне 2020 г. // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2020. № 2. Вып. 46. С. 10–15.
  10. doi: 10.31431/1816-5524-2020-2-46-10-15
  11. Фирстов П.П., Акбашев Р.Р., Холзворт Р.И др. Атмосферно-электрические эффекты во время эксплозии вулкана Шивелуч 16 ноября 2014 г. // Известия РАН. ФАО. 2017. Т. 53. № 1. С. 29–37.
  12. Фирстов П.П., Акбашев Р.Р., Жаринов Н.А. и др. Электризация эруптивных облаков вулкана Шивелуч в зависимости от характера эксплозий // Вулканология и сейсмология. 2019. № 3. С. 49–62. https://10.31857/S0205-96142019349-62
  13. Чернева Н.В., Пономарев Е.А, Фирстов П.П., Бузевич А.В. Базовые модели источников вариаций вертикальной компоненты атмосферного электрического поля // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2007. № 2. Вып. 10. С. 60–64.
  14. Aizawa K., Cimarelli C., Alatorre-Ibarguengoitia M.A. et al. Physical properties of volcanic lightning: constraints from magnetotelluric and video observations at Sakurajima volcano, Japan // Earth Planet. Sci. Lett. 2016. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2016.03.024
  15. Akbashev R.R., Firstov P.P., Cherneva N.V. Recording of atmospheric electrical potential gradient in the central part of Kamchatka peninsula // E3S Web Conf. 2018. V. 62. P. 1–8.
  16. doi.org/10.1051/e3sconf/20186202013
  17. Akbashev R.R., Firstov P.P., Budilov D.I., Zavodevkin I.A. Monitoring the Potential Gradient of the Electric Field the Atmosphere on the Kamchatka Peninsula and on the Paramushir Island (Kuril Islands) // Conference Materials II International Scientific Conference CAMSTech-II 2021 // Advances in Materials, Systems and Technologies. 2021. Camstech-II-6016. https://doi.org/10.1063/5.0092738
  18. Aplin K.L., Bennett A.J., Harrison R.G., Houghton I.M.P. Electrostatics and in situ sampling of volcanic plumes // Chapter 6 – Volcanic ash: Hazard observation and monitoring. Amsterdam: Elsevier, 2016. P. 99–113. ISBN: 978-0-081004050
  19. Alois S., Merrison J., Iversen J.J., Sesterhenn J. Contact electrification in aerosolized monodispersed silica microspheres quantified using laser based velocimetry // J. Aerosol Sci. 2017. doi: 10.1016/j.jaerosci.2016.12.003
  20. Aplin K.L., Houghton I.M.P., Nicoll K.A. Electrical charging of ash in Icelandic volcanic plumes // XV International Conference on Atmospheric Electricity, 15–20 June 2014, Norman, Oklahoma, U.S.A, 2014.
  21. Arason P., Bennett A.J., Burgin L.E. Charge mechanism of volcanic lightning revealed during the 2010 eruption of Eyjafjallajökull // J. of Geophys. Res. 2011. V. 116. B00C03. https://doi.org/10.1029/2011JB008651
  22. Behnke S.A., Thomas R.J., McNutt S.R. et al. Observations of volcanic lightning during the 2009 eruption of Redoubt Volcano // J. Volcanol. Geotherm. Res. 2013. V. 259. P. 214–234.
  23. Behnke S., Bruning E. Changes to the turbulent kinematics of a volcanic plume inferred from lightning data: Plume turbulence and lightning // Geophys. Res. Lett. 2015. doi: 10.1002/2015GL064199
  24. Behnke S., Edens H., Thomas R. et al. Investigating the origin of continual radio frequency impulses during explosive volcanic eruptions // J. of Geophys. Res.: Atmospheres. 2018. doi: 10.1002/2017JD027990
  25. Cimarelli C., Alatorre Ibargüengoitia M.A., Aizawa K. et al. Multiparametric observation of volcanic lightning: Sakurajima volcano, Japan // Geophys. Res. Lett. 2016. doi: 10.1002/2015GL067445
  26. Dowden R.L., Brundell J.B., Rodger C.J. VLF lightning location by time of group arrival (TOGA) at multiple sites // J. of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2002. V. 64. № 7. P. 817–830. doi: 10.1016/S1364-6826(02)00085-8
  27. Druzhin G.I., Pukhov V.M., Sannikov D.V., Malkin E.I. VLF–direction finder to investigate natural radio radiations // VESTNIK KRAUNTS. Fiziko-matematicheskie nauki. 2019. № 27. V. 2. P. 95–104. doi: 10.26117/2079-6641-2019-27-2-95-104
  28. Firstov P.P., Akbashev R.R., Malkin E.I. et al. Atmospheric electrical effects during a strong explosive eruption of Bezymyanniy volcano (Kamchatka Peninsula, Russia) on December 20, 2017 // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science (EES). 2021.
  29. Firstov P.P., Malkin E.I., Akbashev R.R. et al. Registration of atmospheric–electric effects from volcanic clouds on the Kamchatka Peninsula (Russia) // Atmosphere. 2020. V. 11. № 6. http://doi: org/10.3390/atmos11060634
  30. Firstov P.P., Cherneva N.V., Akbashev R.R. et al. Atmospheric-electric effects from volcano eruptions on Kamchatka peninsula (Russia) // Proc. SPIE 11208, 25th International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics. 2019. 1120874. doi.org/10.1117/12.2540356
  31. Girina O.A., Loupian E.A., Melnikov D.V. et al. Bezymianny volcano eruption on December 20 // Current problems in remote sensing of the Earth from Space. 2018. P. 88–99.
  32. James M.R., Lane S.J., Gilbert J.S. Volcanic plume electrification – Experimental investigation of fracture charging mechanism // J. Geophys. Res. 2000. V. 105. № B7. P. 641–649. doi.org/10.1029/2000JB900068
  33. Lacks D.J., Levandovsky A. Effect of particle size distribution on the polarity of triboelectric charging in granular insulator systems // J. of Electrostatics. 2007. V. 65. № 2. P. 107–112. doi.org/10.1016/j.elstat.2006.07.010
  34. Lane S.J., Gilbert J.S. Electric potential gradient changes during explosive activity at Sakurajima volcano, Japan // Bull. of Volcanology. 1992. V. 54. P. 590–594.
  35. Malkin E.I., Cherneva N.V., Firstov P.P. et al. Dirty thunderstorms caused by volcano explosive eruptions in Kamchatka by the data of electromagnetic radiation // IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 2021. 946. 012015. doi: 10.1088/1755-1315/946/1/012015
  36. Mather T.A., Harrison R.G. Electrification of volcanic plumes // Surveys in Geophicsis. 2006. V. 27. P. 387–432.
  37. Mendez Harper J., Cimarelli C., Cigala V. et al. Charge injection into the atmosphere by explosive volcanic eruptions through triboelectrification and fragmentation charging // Earth and Planet. Sci. Lett. 2021. V. 574.
  38. Retrieved from https: www.sciencedirect.com/ science/article/pii/S0012821X21004179, DOI: https://doi.org/10.1016/j.epsl.2021.117162
  39. Meng Z., Tianjun Zh., Wenmin M., Xiaolong Ch., Jian L., Fei L., Chaochao G. Volcanoes and Climate: Sizing up the Impact of the Recent Hunga Tonga-Hunga Ha’apai Volcanic Eruption from a Historical Perspective // Advances in Atmospheric Sciences. 2022. doi: 10.1007/s00376-022-2034-1
  40. Miura T., Koyaguchi T., Tanaka Y. Measurements of electric charge distribution in volcanic plumes at Sakurajima volcano Japan // Bull. of Volcanology. 2002. V. № 64. P. 75–93.
  41. Mueller S.B., Ayris P.M., Wadsworth F.B. et al. Ash aggregation enhanced by deposition and redistribution of salt on volcanic ash surfaces in eruption plumes // Sci. Rep. 2017. 7 Аrticle number: 45762.
  42. Shevtsov B.M., Firstov P.P., Cherneva N.V. et al. Lightning and electrical activity during the Shiveluch volcano eruption on 16 November 2014 // Nat. Hazard Earth Syst. Sci. 2016. V. 16. P. 871–874. doi: 10.5194/nhessd-16-871-2016
  43. Smitha C.M., VanEaton A.R., Charbonnier S. et al. Correlating the electrification of volcanic plumes with ash fall textures at Sakurajima Volcano, Japan // Earth and Planet. Sci. Lett. 2018. 492 P. 47–58. doi.org/10.1016/j.epsl.2018.03.052
  44. Thomas R.J., Krehbiel P., Rison W. et al. Lightning and Electrical Activity during the 2006 Eruption of Augustine Volcano // The 2006 Eruption of Augustine Volcano, Alaska. U.S. Geological Survey. 2007. Ch. 25. P. 579–608.
  45. Van Eaton A.R., Schneider D.J., Smith C.M. et al. Did ice-charging generate volcanic lightning during the 2016–2017 eruption of Bogoslof volcano, Alaska? // Bull. of Volcanology. 2020. V. 82. doi: 10.1007/s00445-019-1350-5

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема расположения пунктов регистрации V′ ЭПА на п-ове Камчатка.

Скачать (353KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Данные мониторинга эксплозивного извержения и распространения эруптивного облака.

Скачать (353KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Фрагменты записи градиента потенциала электрического поля в KZY при распространении эруптивного облака от извержения в. Шивелуч 16.11.2014 г.

Скачать (100KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Данные мониторинга эксплозивного извержения и распространения эруптивного облака.

Скачать (650KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Запись воздушной волны, сопровождавшей извержение 14.06.2017 г., на акустических станциях (а – KLY; б – KZY; в – IS44).

Скачать (157KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Данные регистрации электромагнитных возмущений, сопровождающих извержение в. Шивелуч 14.06. 2017 г.

Скачать (227KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Данные мониторинга эксплозивного извержения и распространения эруптивного облака.

Скачать (607KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Данные регистрации электромагнитных возмущений, сопровождающих извержение в. Безымянный 20.12.2017 г.

Скачать (266KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Данные мониторинга эксплозивного извержения и распространения эруптивного облака.

Скачать (452KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Данные регистрации электромагнитных возмущений, сопровождающих извержение в. Безымянный 15.03 2022 г.

Скачать (325KB)
Метаданные
12. Рис. 11. Феноменологические схемы разделения заряда в эруптивно облаке: в ближней зоне от кратера вулкана [Руленко, 1994] (а); схемы разделения заряда при формировании вулканического шлейфа под действием ветра, согласно [Lane, Gilbert, 1992] (б); разделение зарядов в эруптивных облаках на основе натурных наблюдений на вулкане Сакурадзима по [Miura et al., 2002] (в).

Скачать (196KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024