ИНСТИТУТ КОСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

Институт Космических исследований
Российской Академии Наук

Институт Космических исследований
Российской Академии Наук

Switch Language

Извержение из прошлого

11 ноября 2022
Рубрика
Исследования

Сотрудники Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН, Вычислительного центра ДВО РАН и ИКИ РАН промоделировали распространение вулканических выбросов в результате катастрофического извержения камчатского вулкана Шивелуч, которое произошло ровно 58 лет назад 11 ноября 1964 года. Результаты моделирования хорошо согласуются с реальными данными, и показывают возможности реконструкции исторических событий с использованием современных методов обработки данных.

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.

Визуализация результатов моделирования распространения эруптивного облака после извержения вулкана Шивелуч 11 ноября 1964 г. a) 19:07 UTC, 12 ноября, b) 07:07 UTC, 13 ноября, c) 19:07 UTC, 13 ноября, d) 07:07 UTC, 14 ноября. Цветом показана высота в тысячах м. Изображение из статьи Girina O.A., Malkovsky S.I., Sorokin A.A., Loupian E.A., Korolev S.P. Numerical Modeling of the Ash Cloud Movement from the Catastrophic Eruption of the Sheveluch Volcano in November 1964 // Remote Sensing. 2022. Вып. 14. № 3449. https://doi.org/10.3390/rs14143449
Визуализация результатов моделирования распространения эруптивного облака после извержения вулкана Шивелуч 11 ноября 1964 г. на 19:07 UTC, 14 ноября. Цветом показана высота в тысячах м. Изображение из статьи Girina O.A., Malkovsky S.I., Sorokin A.A., Loupian E.A., Korolev S.P. Numerical Modeling of the Ash Cloud Movement from the Catastrophic Eruption of the Sheveluch Volcano in November 1964 // Remote Sensing. 2022. Вып. 14. № 3449. https://doi.org/10.3390/rs14143449

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.