Vulkánkitörés és nyomáshullámai
Érdekességek - Publikálva: 2022-01-22 14:37 | Becsült olvasási idő: kb 6 perc.
A kitörés előélete és lezajlása:
Egy december 20-ai és január 14-ei előzetes, de már jelentősebb kitörést követően 15-én (ottani helyi idő szerint) késő délután egy hatalmas, robbanásos kitörést produkált a csendes-óceáni Tongához tartozó Hunga Tonga-Hunga-Ha'apai vulkán. A tűzhányó nagyobb része az óceán felszíne alatt található, de a viszonylag nagy, ~5-6 km átmérőjű kalderájának északi peremén két kisebb sziget, Hunga Tonga és Hunga Ha'apai már korábban kiemelkedett a víz fölé. Ezek kezdetben elkülönültek voltak, de egy 2015-ben bekövetkezett, szintén jelentősebb kitörésnek köszönhetően egy új vulkáni kúp épült ki közöttük, mely összekapcsolta őket. A következő években az óceán erodáló hatása miatt az újonnan létrejött nagyobb sziget területe kissé csökkent, a felszíni kráterben lévő tó többször is kapcsolatba került az óceánnal, és ez is zsugorodott az idő előrehaladtával. A decemberi kitörést követően azonban a sziget mérete átmenetileg ismét nagyobb lett. Ám a január 14-ei kitörés már a kaldera részleges beomlásával járt, aminek következtében a vulkáni kúp középső része eltűnt, így a két sziget ismét különvált egymástól, de méretük még az kezdetinél nagyobb maradt. Ez az omlás és a magma tengervízzel való keveredése vezetett a 15-ei, legnagyobb kitöréshez, végül teljesen megsemmisítette a korábbi összeköttetés maradványait, és a szigetek egy részét is, így azok mérete az eredetinél is kisebbre csökkent. A vulkánkitörés által gerjesztett cunami a környező szigeteken végigvonulva több települést szinte teljesen elpusztított, és jelentős károkat okozott a kitörést követő hamueső is, sok helyen ellehetetlenítve például az ivóvíz-elérést.
A vulkanikus sziget változása a decemberi kitörés előtt és után, valamint a januári két kitörést követően (kattintással nagyítható, a méretek nem teljesen egyeznek, forrás: ESA - Planet, Wired / Maxar)
A 15-ei, fő kitörés hirtelen, robbanásszerűen igen nagy mennyiségű vulkáni anyagot juttatott a légkörbe. A nagy felhajtóerő egészen a sztratoszférába juttatta a hamufelhő felső részét, melynek átlagos magassága a műholdas becslések alapján közvetlenül a kitörés után 30 km körül volt, a központban azonban rövid ideig lehetett olyan terület, ahol az 50-55 km-es magasságot is elérte a felhőtető. Ez némileg rokonságot mutatott a szupercellák túlnyúló csúcsával (overshooting top), és megjegyzendő, hogy bizonyos szakaszában maga a hamufelhő struktúrája hasonlított is a szupercellákéhoz, a hamufelhő mintha csak egy csavarodott fő feláramlási torony lett volna, melyhez alul, ebből a szemszögből jobb oldalról egy hosszan elnyúló, beáramlási sáv (inflow band) jellegű felhősáv kapcsolódott.
A vulkáni szupercellákhoz is hasonlító kitörési felhője (forrás: Tonga Geological Services) és egy szupercella sematikus ábrája (forrás: Charles A. Dosewell III and Donald W. Burgess)
A kitörés kissé korábbi fázisában a lökéshullám által létrehozott látványos, lencseszerű felhőformák is megjelentek a kitörési felhő körül. A hirtelen magasba emelkedő felhőoszlopban rengeteg villámlás alakult ki, a Vaisala globális villámlokalizációs hálózatának adatai szerint ~400 ezer villámot regisztráltak a kitörés ideje alatt, melyből ~200 ezer az első órában történt. A hamufelhő kiterjedésének kezdeti gyors növekedésével eleinte az észlelt villámok területe is koncentrikusan növekedett (animáció itt).
A kitörés kezdeti fázisában tapasztalható, lökéshullámok által létrehozott felhők (forrás: Tonga Geological Services)
Főként a kitörés első időszakában a műholdképeken első látásra érdekes folyamatot lehetett megfigyelni: a gyorsan emelkedő hamufelhő központi részének hőmérséklete egy idő után nem csökkent, hanem növekedett, míg annak keleti peremén tartósan fennállt egy igen alacsony hőmérsékletű karéj - melyen egyébként a kitörés hatására létrejött (belső) gravitációs hullámok is láthatóak voltak. A felhőtető különös hőmérséklet-változása azonban csupán azt jelezte, hogy az már belépett a sztratoszférába, ahol a troposzférával ellentétesen a magassággal emelkedik a hőmérséklet, és ennek következtében a felhőtető is egyre melegebbé vált, minél magasabbra került. A keleti peremén ugyanakkor alacsonyabban, a troposzféra és a sztratoszféra határterületén maradt a hamufelhő teteje, így annak hőmérséklete alacsonyabb volt. A kitörés intenzitásának csökkenésével a korábbi, nagy magasságba feljutott felhőmező is süllyedni kezdett, és ezzel a hőmérséklete csökkenésnek indult. Mindezek a folyamatok nagyszerűen végigkövethetők az alábbi animáción, ahol a színskála fordított, azaz a fekete-szürke-lila színek jelölik a leghidegebb, míg a sárgás-zöldes színek a melegebb felhőket.
Infravörös (színezett/felhőtető-hőmérséklet) műholdkép-animáció a kitörésről (forrás: CIMSS)
A kitörés nyomáshulláma:
A kitörés hatására egy körszimmetrikus nyomáshullám indult meg a légkörben, melyet a eleinte még a műholdképeken is lehetett követni. A hullám az egész Földön "körbeszaladt", és a vulkánhoz viszonylag közel eső Ausztráliában 6-7 hPa-os kilengést okozott a légnyomásban, míg távolodva csökkent a kiugrás mértéke, de még a legtávolabbi európai területeken is 1,5-2 hPa körül alakult.
A kitöréstől kiinduló nyomási hullámok naplemente előtt (forrás: Spaceweather.com)
Magyarországot késő este, fél 9 körül érte el az első hullám északkeletről, majd még aznap éjszaka, 2 óra körül az ellentétes irányból terjedő hullámfront is átvonult felettünk - a kettő találkozása egyébként Algéria térségében történt meg, ez megtekinthető ezen az animáción. A nyomásváltozás minden hazai és környező mérőállomáson nagyon hasonló ütemben és mértékben zajlott le, ez által kizárható volt, hogy azt valamely helyi hatás okozta volna. A nyomási hullám többször, feltételezhetően legalább négyszer körbehaladt a Földön egyre csökkenő amplitúdóval, melyek saját, Egyházasrádócon mért, 5 percenkénti, tengerszintre számított légnyomás adataim alapján is analizálhatóak voltak. Az első ábrán a légnyomás időbeli alakulása látható 15-én déltől 20-án estig. Itt piros kiemelések jelölik az egyes hullámokat, melyek a teljes időtartamon belül bekövetkezett, több hPa-os nyomási különbség miatt nem annyira szembetűnőek. Emellett a hullámok relatíve kis változásai több esetben is "beleolvadtak" a nagyobb mértékű, időjárási folyamatok által előidézett nyomási változásokba, a legmarkánsabban 17-én. E tendenciák kiküszöbölésére a következő ábrán az egyes hullámok (manuálisan becsült) időtartamán belül kiszámításra került a két végpont közötti nyomás lineáris interpolációja, és ehhez lettek viszonyítva a mért értékek, melyeknél így már csak a nyomási hullámok által előidézett több tized hPa-os, valamint a légnyomás természetes, néhány tized hPa-os ingadozása jelentkezett. Az ábrán csak a vulkáni nyomáshullám által előidézett időszakok vannak feltüntetve, melyeknél szembetűnő az idővel csökkenő amplitúdó, ugyanis míg az első hullámnál a teljes kilengés megközelítette a 2 hPa-t, addig az utolsónál már az 1 hPa-t sem érte el. Emellett jól megfigyelhető az egyes hullámok érkezésének periodikus, nagyjából 36 óránkénti ismétlődése is. Az első "hullámcsomag" esetében még határozottan, a következő kettőnél már nem annyira jól elkülönülten volt kimutatható az azokon belüli első és második (eltérő irányokból érkező) hullám, míg a negyedik esetben az esetleges második hullám már teljesen beleolvadt a természetes nyomásingadozásba. Az aktuális nyomási értékek összehasonlításra kerültek az egy órás mozgóátlaghoz képest is, melyek egy adatpont körül ±30 perces időintervallumban számítódtak (így a teljes átlag valójában 1 óra 5 percet ölel fel). Az összehasonlítás a kitérések valós és abszolút értékben vett értékeire is ábrázolva lettek. E módszerek alapján voltak a legjobban meghatározhatóak a vulkánkitörés nyomáshullámai, melyek általában jól elkülönültek a légnyomás általános, 0,1-0,2 hPa körüli ingadozásától (természetes zajától), de a már említett második és harmadik "csomag" második hullámánál (ezeket szaggatott nyíl jelöli) itt is nagyobb bizonytalanság jelentkezett, míg a negyedik "csomag" esetében csak sejthető volt az esetleges második hullám (sárga szaggatott nyíl). Megjegyzendő, hogy a grafikonok legvégén megjelenő kiugrás az akkor érkező markáns hidegfront által előidézett hirtelen nyomásváltozás miatt történt.
Felhasznált anyagok: