Эруптивная колонна или эруптивный шлейф — это облако перегретого пепла и тефры, взвешенных в газах, выбрасываемых во время взрывного вулканического извержения . Вулканические материалы образуют вертикальную колонну или шлейф , которые могут подниматься на много километров в воздух над жерлом вулкана. При самых взрывных извержениях эруптивная колонна может подняться более чем на 40 км (25 миль), проникая в стратосферу . Стратосферное впрыскивание аэрозолей вулканами является основной причиной краткосрочного изменения климата .
Распространенным явлением при взрывных извержениях является разрушение колонны , когда колонна извержения слишком плотная или становится слишком плотной, чтобы подняться высоко в небо воздушной конвекцией, и вместо этого падает вниз по склонам вулкана, образуя пирокластические потоки или волны (хотя последние менее плотные). В некоторых случаях, если материал недостаточно плотный, чтобы упасть, он может образовывать пирокумуло-дождевые облака.
Извержения колонн образуются при взрывной вулканической активности, когда высокая концентрация летучих веществ в поднимающейся магме приводит к ее разрушению на мелкий вулканический пепел и более грубую тефру . Пепел и тефра выбрасываются со скоростью нескольких сотен метров в секунду и могут быстро подниматься на высоту в несколько километров, поднимаемые огромными конвекционными потоками.
Эруптивные колонны могут быть временными, если они образованы дискретным взрывом, или устойчивыми, если они образованы непрерывным извержением или близко расположенными дискретными взрывами.
Твердые и жидкие материалы в колонне извержения поднимаются процессами, которые изменяются по мере подъема материала: [1]
Колонна перестанет подниматься, как только достигнет высоты, где она плотнее окружающего воздуха. Несколько факторов контролируют высоту, которой может достичь колонна извержения.
Внутренние факторы включают диаметр извергающегося жерла, газовое содержание магмы и скорость , с которой она выбрасывается. Внешние факторы могут быть важны, при этом ветры иногда ограничивают высоту колонны, а также локальный тепловой градиент температуры также играет свою роль. Температура атмосферы в тропосфере обычно уменьшается примерно на 6-7 К /км, но небольшие изменения этого градиента могут иметь большое влияние на конечную высоту колонны. Теоретически, максимально достижимая высота колонны, как полагают, составляет около 55 км (34 мили). На практике высота колонны составляет около 2-45 км (1,2-28,0 миль).
Колонны извержений высотой более 20–40 км (12–25 миль) прорываются через тропопаузу и выбрасывают твердые частицы в стратосферу . Пепел и аэрозоли в тропосфере быстро удаляются осадками , но материал, выброшенный в стратосферу, рассеивается гораздо медленнее при отсутствии погодных систем. Значительные объемы стратосферной инъекции могут иметь глобальные последствия: после извержения вулкана Пинатубо в 1991 году глобальная температура упала примерно на 0,5 °C (0,90 °F). Считается, что самые крупные извержения вызывают падение температуры до нескольких градусов и потенциально являются причиной некоторых известных массовых вымираний .
Высота колонны извержения является полезным способом измерения интенсивности извержения, поскольку для данной температуры атмосферы высота колонны пропорциональна четвертому корню массовой скорости извержения. Следовательно, при аналогичных условиях для удвоения высоты колонны требуется извержение, выбрасывающее в 16 раз больше материала в секунду. Высоту колонны извержений, которые не наблюдались, можно оценить, нанеся на карту максимальное расстояние, на которое пирокласты разных размеров переносятся от жерла — чем выше колонна, тем дальше может переноситься выброшенный материал определенной массы (и, следовательно, размера).
Приблизительная максимальная высота изверженной колонны определяется уравнением.
Где:
Колонны извержения могут стать настолько нагруженными плотным материалом, что они станут слишком тяжелыми, чтобы поддерживаться конвекционными потоками. Это может произойти внезапно, если, например, скорость извержения магмы увеличится до точки, когда будет недостаточно воздуха для ее поддержки, или если плотность магмы внезапно увеличится, поскольку более плотная магма из нижних областей в стратифицированной магматической камере будет выкачана.
Если это произойдет, то материал, достигающий дна области конвективного напора, 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/ч). Обрушение колонны является одной из наиболее распространенных и опасных вулканических опасностей при извержениях, создающих колонны.
Несколько извержений серьезно поставили под угрозу самолеты, которые столкнулись или прошли мимо колонны извержения. В двух отдельных инцидентах в 1982 году авиалайнеры влетели в верхние части колонны извержения, вырванной вулканом Галунггунг , и пепел серьезно повредил оба самолета. Особую опасность представляли попадание пепла в двигатель, очистка песком окон кабины, из-за чего они стали в значительной степени непрозрачными, и загрязнение топлива из-за попадания пепла в воздуховоды наддува. Повреждение двигателей представляет собой особую проблему, поскольку температуры внутри газовой турбины достаточно высоки, чтобы вулканический пепел расплавлялся в камере сгорания и образовывал стеклянное покрытие на компонентах, расположенных ниже по потоку, например, на лопатках турбины.
В случае рейса 9 авиакомпании British Airways самолет потерял мощность всех четырех двигателей, а в другом случае, девятнадцать дней спустя, отказали три из четырех двигателей на самолете 747 авиакомпании Singapore Airlines. В обоих случаях двигатели были успешно запущены, но самолеты были вынуждены совершить аварийную посадку в Джакарте .
Аналогичный ущерб самолетам был нанесен из-за извержения вулкана Редут на Аляске в 1989 году. После извержения вулкана Пинатубо в 1991 году самолеты были отведены в сторону, чтобы избежать извержения, но, тем не менее, мелкий пепел, рассеивающийся на большой территории в Юго-Восточной Азии, привел к повреждению 16 самолетов, некоторые из которых находились на расстоянии до 1000 км (620 миль) от вулкана.
Колонны извержений обычно не видны на метеорологических радарах и могут быть скрыты обычными облаками или ночью. [3] Из-за рисков, которые представляют для авиации колонны извержений, по всему миру действует сеть из девяти Консультативных центров по вулканическому пеплу , которые постоянно отслеживают колонны извержений, используя данные со спутников, наземные отчеты, отчеты пилотов и метеорологические модели. [4]
