Москва, Россия
Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН
Геофизический Центр РАН
Москва, Россия
Нагойя, Япония
Петропавловск-Камчатский, Россия
Извержение вулкана Тонга 13 и 15 января 2022 г. и сопровождавшая его интенсивная молниевая активность привели к возбуждению специфических электромагнитных колебаний разных частотных диапазонов. Свойства этих колебаний анализируются по данным магнитометров разных типов, расположенных на Камчатке и в Тихоокеанском регионе. Подтверждена возможность геомагнитного отклика на образование акустического резонанса между земной поверхностью и ионосферой: через ~15 мин после начала извержения на удалении ~800 км зарегистрированы локализованные гармонические колебания частотой 3.5–4.0 мГц, длившиеся ~1.5 ч. Отмечено усиление интенсивности шумановского резонанса (частота ~7.8 Гц) на станциях на Дальнем Востоке. Там же обнаружено появление широкополосного излучения в диапазоне Рс1 (2–5 Гц), стимулированного интенсивными вулканическими молниями. Это излучение, предположительно, является результатом возбуждения молниевой активностью магнитозвукового волновода в верхней ионосфере.
извержение вулкана, атмосферные волны, акустический резонанс, шумановский резонанс, Рс1, ионосферный волновод
1. Куницын В.Е., Шалимов С.Л. Ультранизкочастотные вариации магнитного поля при распространении в ионосфере акустико-гравитационных волн. Вестн. Моск. ун-та. Сер. 3. Физ. Астрон. 2011. № 5. С. 75.
2. Некрасов А.К., Пилипенко В.А. МГД-волны в столкновительной плазме солнечной короны и земной ионосферы. Солнечно-земная физика. 2020. Т. 6, № 4. С. 18-25. DOI:https://doi.org/10.12737/szf-64202003.
3. Погорельцев А.И. Возмущения электрического и магнитного полей, вызываемые взаимодействием атмосферных волн с ионосферной плазмой. Геомагнетизм и аэрономия. 1989. Т. 29, № 2. С. 286-292.
4. Руленко О.П., Климин Н.Н., Дъяконова И.И., Кириянов В.Ю. Исследования электризации облаков, создаваемых распылением вулканического пепла. Вулканология и сейсмология. 1986. № 5. С. 17-29.
5. Сорокин В.М., Федорович Г.В. Физика медленных МГД-волн в ионосферной плазме. М.: Энергоиздат, 1982. 135 с.
6. Сорокин В.М., Ященко А.К., Сурков В.В. Генерация геомагнитных возмущений в ионосфере волной цунами. Геомагнетизм и аэрономия. 2019. T. 59, № 2. C. 236-248. DOI:https://doi.org/10.1134/S0016794019020135.
7. Ясюкевич Ю.В., Едемский И.К., Перевалова Н.П., Полякова А.С. Отклик ионосферы на гелио- и геофизические возмущающие факторы по данным GPS. Иркутск: Изд-во ИГУ, 2013. 259 с.
8. Aplin K.L., Bennett A.J., Harrison R.G., Houghton I.M.P. Chapter 6 - Electrostatics and in situ sampling of volcanic plumes. Volcanic Ash: Hazard Observation and Monitoring. Amsterdam: Elsevier, 2016. P. 99-113. DOI:https://doi.org/10.1016/B978-0-08-100405-0.00010-0.
9. Arason P., Bennett A.J., Burgin L.E. Charge mechanism of volcanic lightning revealed during the 2010 eruption of Eyjafjallajökull. J. Geophys. Res. 2011. Vol. 116, B00C03. DOI:https://doi.org/10.1029/2011JB008651.
10. Astafyeva E., Maletckii B., Mikesell T.D., et al. The 15 January 2022 Hunga Tonga eruption history as inferred from ionospheric observations. Geophys. Res. Lett. 2022. Vol. 49, e2022GL098827. DOI:https://doi.org/10.1029/2022GL098827.
11. Behnke S., Edens H., Thomas R., et al. Investigating the origin of continual radio frequency impulses during explosive volcanic eruptions. J. Geophys. Res: Atmos. 2018. Vol. 123, iss. 8. P. 4157-4174. DOI:https://doi.org/10.1002/2017JD027990.
12. Choosakul N., Saito A., Iyemori T., Hashizume M. Excitation of 4-min periodic ionospheric variations following the great Sumatra-Andaman earthquake in 2004. J. Geophys. Res. 2009. Vol. 114, A10313. DOI:https://doi.org/10.1029/2008JA013915.
13. Fedorov E., Mazur N., Pilipenko V., Baddeley L. Modeling the high-latitude ground response to the excitation of the ionospheric MHD modes by atmospheric electric discharge. J. Geophys. Res. 2016. Vol. 121. P. 11282-11301. DOI: 10.1002/ 2016JA023354.
14. Fraser B.J. Geomagnetic micropulsations from the high altitude nuclear explosion above Johnston Island. J. Geophys. Res. 1962. Vol. 67. P. 4926.
15. Harding B.J., Wu Y.-J.J., Alken P., et al. Impacts of the January 2022 Tonga volcanic eruption on the ionospheric dynamo: ICON-MIGHTI and Swarm observations of extreme neutral winds and currents. Geophys. Res. Lett. 2022. Vol. 49, e2022GL098577. DOI:https://doi.org/10.1029/2022GL098577.
16. Harper M.J., Cimarelli C., Cigala V., et al. Charge injection into the atmosphere by explosive volcanic eruptions through triboelectrication and fragmentation charging. Earth and Planet. Sci. Lett. 2021. Vol. 574, 117162. DOI:https://doi.org/10.1016/j.epsl.2021.117162.
17. Iyemori T., Nose M., Han D.-S., et al. Geomagnetic pulsations caused by the Sumatra earthquake on December 26, 2004. Geophys. Res. Lett. 2005. Vol. 32, L20807. DOI: 10.1029/ 2005GL024083.
18. Iyemori T., Nishioka M., Otsuka Y., Shinbori A. A confirmation of vertical acoustic resonance and field-aligned current generation just after the 2022 Hunga Tonga Hunga Ha’apai volcanic eruption, Earth, Planets and Space. 2022. Vol. 74, 103. DOI:https://doi.org/10.1186/s40623-022-01653-y.
19. James M.R., Wilson L., Lane S.J., et al. Electrical charging of volcanic plumes. Planetary Atmospheric Electricity. NY: Springer, 2008. P. 399-418.
20. Kanamori H., Mori J. Harmonic excitation of mantle Rayleigh waves by the 1991 eruption of Mount Pinatubo, Philippines. Geophys. Res. Lett. 1992. Vol. 19. P. 721-724. DOI:https://doi.org/10.1029/92GL00258.
21. Kanamori H., Mori J., Harkrider D.G. Excitation of atmospheric oscillations by volcanic eruptions. J. Geophys. Res. 1994. Vol. 99. P. 21947-21961.
22. Lane S.J., James M.R., Gilbert J.S. Electrostatic phenomena in volcanic eruptions. J. Phys.: Conf. Ser. 2011. Vol. 301, 012004. P. 1-4. DOI:https://doi.org/10.1088/1742-6596/301/1/012004.
23. Matsumura M., Iyemori T., Tanaka Y., et al. Acoustic resonance between ground and thermosphere. Data Sci. J. 2009. Vol. 8. P. 68-77.
24. Mazur N.G., Fedorov E.N., Pilipenko V.A., Vakhnina V.V. ULF electromagnetic field in the upper ionosphere excited by lightning. J. Geophys. Res. 2018. Vol. 123. P. 6692-6702. DOI:https://doi.org/10.1029/2018JA025622.
25. Nickolaenko A.P., Schekotov A.Y., Hayakawa M., et al. Electromagnetic manifestations of Tonga eruption in Schumann resonance band. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2022. Vol. 237, 105897. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jastp.2022.105897.
26. Nishida K., Kobayashi N., Fukao Y. Resonant oscillations between the solid Earth and the atmosphere. Science. 2000. Vol. 287. P. 2244-2246.
27. Saito A., Tsugawa T., Otsuka Y., et al. Acoustic resonance and plasma depletion detected by GPS total electron content observation after the 2011 off the Pacific coast of Tohoku Earthquake. Earth Planets Space. 2011. Vol. 63. P. 863-867.
28. Shinagawa H., Iyemori T., Saito S., Maruyama T. A numerical simulation of ionospheric and atmospheric variations associated with the Sumatora earthquake on December 26, 2004. Earth Planets Space. 2007. Vol. 59. P. 1015-1026.
29. Shiokawa K., Nomura R., Sakaguchi K., et al. The STEL induction magnetometer network for observation of high-frequency geomagnetic pulsations. Earth Planets Space. 2010. Vol. 62. P. 517-524.
30. Tahira M. Acoustic resonance of the atmosphere at 3.7 mHz. J. Atmos. Sci. 1995. Vol. 52. P. 2670-2674.
31. Themens D.R., Watson C., Žagar N., et al. Global propagation of ionospheric disturbances associated with the 2022 Tonga volcanic eruption. Earth and Space Sci. Open Archive. 2022. DOI:https://doi.org/10.1002/essoar.10510350.1.
32. Thomas R.J., Krehbiel P., Rison W., et al. Lightning and electrical activity during the 2006 eruption of Augustine volcano. The 2006 eruption of Augustine volcano, Alaska. Professional Paper 1769. U.S. Department of the Interior; U.S. Geological Survey, 2007. P. 579-608.
33. Van Eaton A.R., Schneider D.J., Smith C.M., et al. Did ice-charging generate volcanic lightning during the 2016-2017 eruption of Bogoslof volcano, Alaska? Bulletin of Volcanology. 2020. Vol. 82, 24. DOI:https://doi.org/10.1007/s00445-019-1350-5.
34. Yamazaki Y., Soares G., Matzka J. Geomagnetic detection of the atmospheric acoustic resonance at 3.8 mHz during the Hunga Tonga eruption event on 15 January 2022. J. Geophys. Res. 2022. Vol. 127, e2022JA030540. DOI:https://doi.org/10.1029/2022JA030540.
35. Yuen D.A., Scruggs M.A., Spera F.J., et al. Under the surface: Pressure-induced planetary-scale waves, volcanic lightning, and gaseous clouds caused by the submarine eruption of Hunga Tonga-Hunga Ha’apai volcano. Earthquake Res. Adv. 2022. Vol. 2, iss.3. 100134. DOI:https://doi.org/10.1016/j.eqrea.2022.100134.
36. Zettergren M.D., Snively J.B. Ionospheric response to infrasonic-acoustic waves generated by natural hazard events. J. Geophys. Res. 2015. Vol. 120. P. 8002-8024. DOI: 10.1002/ 2015JA0211-16.
37. Zhang S-R., Vierinen J., Aa E., et al. 2022 Tonga volcanic eruption induced global propagation of ionospheric disturbances via Lamb waves. Front. Astron. Space Sci. 2022. Vol. 9, 871275. DOI:https://doi.org/10.3389/fspas.2022.871275.
38. URL: www.intermagnet.org (дата обращения 29 сентября 2022 г.).
39. URL: https://graphics.reuters.com/TONGA-VOLCANO/ LIGHTNING/zgpomjdbypd/ (дата обращения 29 сентября 2022 г.).
