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汤加火山的大规模喷发提供了大气波数据的爆炸式增长

导读 洪加火山以一声巨响迎来了 2022 年,摧毁了岛国汤加,并派遣援助机构和地球科学家进入了一系列活动。距离如此规模的火山喷发震撼地球已有

洪加火山以一声巨响迎来了 2022 年,摧毁了岛国汤加,并派遣援助机构和地球科学家进入了一系列活动。距离如此规模的火山喷发震撼地球已有近 140 年。

加州大学圣巴巴拉分校的 Robin Matoza 领导了一个由来自 17 个国家的 76 名科学家组成的团队,对火山喷发的大气波进行了表征,这是自 1883 年喀拉喀托火山喷发以来火山记录的最强大气波。该团队的工作在异常短的时间内完成,详细说明了喷发产生的海浪的大小,作者发现这些海浪与喀拉喀托的海浪相当。与历史事件相比,这些数据还提供了不断变化的波场的出色分辨率。

这篇发表在《科学》杂志上的论文是对火山爆发大气波的第一个综合描述。

早期证据表明,1 月 14 日的一次喷发使火山的主要喷口沉入海平面以下,引发了第二天的大规模爆炸。1 月 15 日的喷发产生了各种不同的大气波,包括在 6,200 英里外的阿拉斯加听到的轰鸣声。它还产生了一个脉冲,导致在实际地震驱动的海啸开始前一小时异常地发生了类似海啸的扰动。

“这种大气波事件在现代地球物理记录中是前所未有的,”主要作者、加州大学圣巴巴拉分校地球科学系副教授马托扎说。

洪加火山喷发为了解各种大气波类型的行为提供了前所未有的洞察力。阿拉斯加大学费尔班克斯地球物理研究所的合著者大卫费说:“大气波在全球范围内被记录在一个很宽的频带上。” “通过研究这个非凡的数据集,我们将更好地了解声波和大气波的产生、传播和记录。

“这对监测核爆炸、火山、地震和各种其他现象具有重要意义,”费继续说道。“我们希望通过了解这次喷发产生的大气波,我们将能够更好地监测火山喷发和海啸。”

研究人员最感兴趣的是被称为兰姆波的大气波的行为,这是喷发产生的主要压力波。这些是纵向压力波,很像声波,但频率特别低。事实上,如此低的频率,必须考虑到重力的影响。兰姆波与最大的大气爆炸有关,例如大爆发和核爆炸,尽管这两个源之间的波特性不同。它们可以持续几分钟到几个小时。

作者记录说,喷发后,波浪沿着地球表面传播,并在一个方向绕地球四圈,在相反方向绕地球三圈。这与科学家在 1883 年喀拉喀托火山喷发中观察到的情况相同。兰姆波也到达地球的电离层,以每小时 700 英里的速度上升到大约 280 英里的高度。

“羔羊波很少见。我们对它们的高质量观​​察很少,”费说。“通过了解兰姆波,我们可以更好地了解源头和喷发。它与海啸和火山羽流的产生有关,也可能与喷发产生的高频次声波和声波有关。”

兰姆波由火山附近的至少两个脉冲组成。第一次有 7 到 10 分钟的压力增加,然后是第二次和更大的压缩以及随后的长时间压力降低。

Hunga 的 Lamb 波与 Krakatau 的一个主要区别在于科学家能够收集的数据的数量和质量。“我们在仪器技术和全球传感器密度方面取得了一个多世纪的进步,”Matoza 说。“因此,2022 年的洪加事件为这种规模的爆炸事件提供了无与伦比的全球数据集。”

科学家们注意到与喷发相关的大气波的其他发现,包括显着的远程次声——声音频率太低,人类无法听到。次声波在兰姆波之后到达,随后在某些地区出现可听见的声音。

可听见的声音传到了距火山约 6,200 英里的阿拉斯加,在那里,全州各地都听到了不断的轰鸣声。“我听到了声音,”费回忆道,“但当时绝对不认为这是来自南太平洋的火山喷发。”

科学家们认为,在阿拉斯加听到的声音不可能起源于洪加。虽然还有很多东西需要学习,但标准声音模型显然无法解释可听声音是如何在如此远的距离上传播的。“我们解释说,它们是由非线性效应沿路径某处产生的,”Matoza 解释说。

“有一长串可能的后续研究更详细地检查了这些信号的许多不同方面,”他说。“作为一个社区,我们将在这个活动上进一步努力多年。”

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