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 взрывных извержениях является обрушение столба , когда столб извержения становится или становится слишком плотным, чтобы его можно было поднять высоко в небо конвекцией воздуха, и вместо этого падает со склонов 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.
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.
Твердые и жидкие материалы в столбе извержения поднимаются в результате процессов, которые изменяются по мере подъема материала: [1]
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, при отсутствии погодных систем рассеивается гораздо медленнее. 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.
Где: [ нужны разъяснения ]
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 извлечения более плотной магмы из нижних областей стратифицированного магматического очага .
Если это произойдет, то материал, достигающий дна области конвективного надвига, больше не сможет адекватно 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.
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 проглатывание золы, останавливающее работу двигателей, пескоструйная обработка окон кабины, делающая 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 случае, 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 самолетам был причинен из-за столба извержения вулкана Редут на Аляске в 1989 году. После извержения горы Пинатубо в 1991 году самолеты были направлены в сторону, чтобы избежать столба извержения, но, тем не менее, мелкий пепел, разбросанный 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] Из-за рисков, которые представляют для авиации столбы извержений, по всему миру 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. [4]
