Над вулканом Этна замечены необычные кольца в атмосфере

Примерно с начала апреля 2024 года над вулканом Этна, который расположен на Сицилии (Италия) с регулярной частотой фиксируются удивительные кольца, состоящие из пара и дыма, вздымающиеся в атмосферу. Это явление с каждым днём привлекает всё больше туристов в окрестности горы, чтобы полюбоваться и запечатлеть на фото и видео данное чудо природы.

Этна является наиболее высоким действующим стратовулканом (то есть, вулканом, имеющим коническую форму из наслоения пепла, пемзы и других пород вулканической деятельности) в Европе, а также одним из наиболее активных. Высота горы по состоянию на 2021 год составляла около 3357 метров. Характерной особенностью является наличие множества мелких боковых кратеров (от 200 до 400), из которых периодически извергается лава и вулканические газы. В 2013 году Этна включена в список объектов Всемирного наследия ЮНЕСКО. Характер и тип извержения данного вулкана часто менялись на протяжении всей истории его существования (по разным оценкам его возраст составляет 350 – 500 тысяч лет). Текущая деятельность Этны состоит из непрерывной дегазации вершин, взрывных стромболианских извержений и частых потоков базальтовой лавы (относительно жидкой и горячей). Облака пепла от взрывных извержений особенно опасны для самолётов, поскольку пепел может попасть в реактивный двигатель, расплавиться, движущиеся части покроются слоем стекла, что послужит причиной его остановки.

Одной из примечательных особенностей данного вулкана является его способность порождать кольца дыма. Однако, ранее они фиксировались намного реже, чем сейчас. Нынешняя активизация вулканических вихревых колец связана с открытием небольшого отверстия на юго-восточном кратере горы. Вулканические кольца формируются, когда магматический очаг внутри кратера выталкивает скопившиеся газы (преимущественно водяной пар) через жерло, имеющее практически идеально круглую форму. Обычно этот процесс имеет пульсирующий характер во времени, чем-то напоминая гейзеры.

Физика явления состоит в том, что пузырь газа, выталкиваемый из жерла под высоким давлением из-за нагрева магмой, поднимается с первичным ускорением. Кроме того, в центральной части пузыря температура гораздо выше окружающего воздуха. Таким образом, выталкиваемый пузырь является конвективной ячейкой в миниатюре, где в центральной её части восходящие потоки максимальны, а по периферии происходит опускание и закручивание газовых потоков. В результате, образуется тороидальное кольцо с замкнутыми вихревыми движениями и практически идеально круглой формы. Поднимаясь всё выше в атмосфере, интенсивность вихревых движений ослабевает и за счёт турбулентности окружающего воздуха кольцо меняет часто форму, изгибается и в конечном счёте исчезает. При этом, видимость этих колец обеспечивается процессом конденсации водяного пара, поднимающегося в более холодные слои атмосферы, а также примесью других газов и пепла. На рисунке ниже схематически показаны условия и процесс образования колец над жерлом вулкана.

В 2023 году под руководством таких геологов как Fabio Pulvirenti и Simona Scollo было проведено и опубликовано исследование, посвящённое подобным вулканическим кольцам – «Dynamics of volcanic vortex rings». В нём изучались процессы образования вихревых тороидальных колец над различными вулканами (Асо, Этна, Гекла, Момотомбо, Стромболи и др.). Наблюдения показали, что в среднем радиус колец в атмосфере составляет от 5 до 100 метров, скорость подъёма от 2 до 40 м/с, среднее время существования 1 – 10 минут, максимальная высота подъёма ограничивается обычно 1 километром, после чего кольцо разрушается за счёт турбулентных движений воздуха. Цвет колец обычно белый, иногда с оттенками серого и коричневого. Начальная температура газа при подъёме кольца обычно более 420 °С. Состав примерно на 80% из водяного пара, остальные 20% - углекислый газ, пепел, оксиды азота и серы.

По словам вулканолога Симоны Сколлы, механизм вулканических колец аналогичен тому, как дельфины надувают кольца из воздуха в толще воды. Они сжимают воздух во рту и с помощью языка выталкивают его наружу с большой скоростью, создавая такое давление, что образуется кольцо с вихревыми движениями.

Впервые явление вихревых колец над Этной было зафиксировано и описано в 1724 году. После этого с определённой периодичностью поступали множественные сведения о кольцах в разные годы, весьма впечатляющие в 2000 и 2023 годах. Именно над Этной подобные кольца фиксируются наиболее часто из-за особенностей геологической структуры вулкана и процессов в нём. Но они не являются предвестником сильных извержений, а просто демонстрируют динамическую и активную жизнь вулкана.

Подготовил Игорь Кибальчич, кандидат географических наук, метеоролог.