Volcanic Eruption From the Past

Катастрофическое извержение Шивелуча произошло в 7 часов утра 11 ноября 1964 г. Оно длилось всего 1 час 12 минут, но оказалось исключительно мощным. Образовавшееся в его ходе эруптивное облако наблюдали и фотографировали очевидцы в поселках Ключи и Усть-Камчатск.

Позднее вулканологи изучили продукты извержения в полевых и лабораторных условиях, посчитали объем изверженного материала, отложившегося на суше (около 2.3 км³). Результаты были описаны в научных статьях, но детально процесс извержения и распространения облака остался неизвестным, поскольку соответствующих спутниковых наблюдений в то время ещё не велось.

В 2000-х годах Европейский центр среднесрочных прогнозов погоды (European Center for Medium-Range Weather Forecasts, ECMWF) опубликовал в открытом доступе метеорологические данные проекта ERA-40, которые охватывают период с сентября 1957 до августа 2002 гг. Они включают информацию о скорости и направлении ветра, температуре воздуха на разных высотах.

Благодаря этим данным, а также новым методам и программам для моделирования распространения вулканического пепла в атмосфере российские исследователи впервые в мире попытались промоделировать и проанализировать развитие и перемещение эруптивной тучи катастрофического извержения вулкана Шивелуч в ноябре 1964 г.

Моделирование проводилось с помощью информационной системы «Дистанционный мониторинг активности вулканов Камчатки и Курил» (VolSatView), созданной в 2011–2012 гг. совместно ИКИ РАН, Институтом вулканологии и сейсмологии Дальневосточного отделения РАН (ИВиС ДВО РАН), Вычислительным Центром (ВЦ) ДВО РАН и Дальневосточным центром (ДЦ) НИЦ «Планета» Росгидромета. Эта система позволяет комплексно работать со спутниковыми данными низкого, среднего и высокого разрешения, метео- и инструментальной информацией наземных сетей наблюдений, проводить совместный анализ различных данных для непрерывного мониторинга и исследования активности вулканов Курило-Камчатского региона, а также моделирования распространения пепловых облаков и шлейфов от вулканов.

Как бы выглядело извержение на Камчатке в ноябре 1964 года, если бы его можно было увидеть с помощью современных спутниковых средств?

Как следует из результатов моделирования, облако пепла сформировалось над Шивелучем примерно через 7–8 минут после начала извержения и поднялось до 15 км над уровнем моря. Из-за того, что на разных высотах скорость и направления ветра различались, облако разделилось на две части. Верхняя часть, где концентрация крупных частиц пепла была меньше, двигалась на восток и северо-восток. Его верхняя граница медленно поднималась и к 12 ноября 1964 года достигла высоты 16,5 км над уровнем моря. В нижней части облака осталось больше крупных частиц пепла, которые довольно скоро выпали на землю. Скорость этого облака была меньше, чем у верхнего.

Через три дня после извержения облако растянулось более чем на 3000 км над территориями СССР, Канады, США, Мексики, а также над акваториями Берингова моря и Тихого океана. Максимальная высота, на которую оно поднялось, составила 26–27 км над уровнем моря.

В ходе работы удалось впервые получить величины частиц пепла и восстановить то, когда и как они выпадали на землю в течение 8 часов и трех суток. Так, например, в Усть-Камчатске пепел выпадал из обоих частей облака, тогда как в Никольском (Командорские острова), — только из второго (первое в это время уже ушло на север). Полученные в ходе моделирования результаты в основном хорошо согласуются с «полевыми данными»: реальным временем начала и конца пеплопадов, а также теми данными о частицах пепла, которые удалось собрать после извержения.

Исследователи также оценили, что извержение Шивелуча представляло опасность для авиации ещё в течение 5 дней после окончания. Более того, по итогам моделирования появилась возможность уточнить сценарий самого извержения, который известен только по более поздним геологическим данным.

И наконец, результаты заставили предположить, что это событие могло иметь и более долговременные последствия. Известно, что в 1963–1966 г. наблюдалось долговременное снижение интенсивности солнечного излучения в северных широтах. Оно было установлено по данным дистанционного зондирования по всему миру и приписывалось действию аэрозолей, которые попали в атмосферу в результате извержения вулкана Агунг (Индонезия) в 1963–64 гг. Но, возможно, существенную роль в нем сыграло и извержение Шивелуча.

Как заключают исследователи, подобные «реанализы» прошедших событий с использованием современных алгоритмов и моделей могут быть очень полезными в научных исследованиях, особенно в тех случаях, когда экспериментальных наземных или спутниковых данных недостаточно.

Результаты работы опубликованы в журнале Remote Sensing 2022, 14(14), 3449 https://doi.org/10.3390/rs14143449.

***

Система VolSatView развивается совместно Институтом вулканологии и сейсмологии Дальневосточного отделения РАН (ИВиС ДВО РАН), Вычислительным центром Дальневосточного отделения РАН (ВЦ ДВО РАН), Дальневосточным Центром ФГБУ «НИЦ "Планета"» (ДЦ ФГБУ «НИЦ "Планета"») и отделом технологий спутникового мониторинга ИКИ РАН, при поддержке РФФИ и программ ДВО РАН.