Над вулканом Етна помічені незвичайні кільця в атмосфері

Приблизно з початку квітня 2024 року над вулканом Етна, який розташований на Сицилії (Італія), з регулярною частотою фіксуються дивовижні кільця, які складаються з пари та диму, що здіймаються в атмосферу. Це явище з кожним днем приваблює все більше туристів на околиці гори, щоб помилуватися і відобразити на фото і відео це диво природи.

Етна є найвищим діючим стратовулканом (тобто вулканом, що має конічну форму з нашаруванням попелу, пемзи та інших порід вулканічної діяльності) в Європі, а також одним з найактивніших. Висота гори станом на 2021 рік дорівнювала близько 3357 метрів. Характерною особливістю є наявність безлічі дрібних бічних кратерів (від 200 до 400), з яких періодично вивергається лава та вулканічні гази. У 2013 році Етна включена до списку об'єктів Світової спадщини ЮНЕСКО. Характер і тип виверження цього вулкана часто змінювалися протягом усієї історії його існування (за різними оцінками його вік становить 350 – 500 тисяч років). Поточна діяльність Етни складається з безперервної дегазації вершин, вибухових стромболіанських вивержень та частих потоків базальтової лави (відносно рідкої та гарячої). Хмари попелу від вибухових вивержень особливо небезпечні для літаків, оскільки попіл може потрапити в реактивний двигун, розплавитися, частини, що рухаються, покриються шаром скла, що спричинить його зупинку.

Однією з визначних особливостей даного вулкана є його здатність породжувати кільця диму. Однак раніше вони фіксувалися набагато рідше, ніж зараз. Нинішня активізація вулканічних вихорових кілець пов'язана із відкриттям невеликого отвору на південно-східному кратері гори. Вулканічні кільця формуються, коли магматичний осередок усередині кратера виштовхує скупчені гази (переважно водяна пара) через жерло, що має практично ідеально круглу форму. Зазвичай цей процес має пульсуючий характер у часі, чимось нагадуючи гейзери.

Фізика явища полягає в тому, що пузир газу, що виштовхується з жерла під високим тиском внаслідок нагрівання магмою, піднімається з первинним прискоренням. Крім того, в центральній частині бульбашки температура набагато вища навколишнього повітря. Таким чином, позир, що виштовхується, є конвективною чарункою в мініатюрі, де в центральній її частині висхідні потоки максимальні, а по периферії відбувається опускання і закручування газових потоків. В результаті, утворюється тороїдальне кільце із замкнутими вихоровими рухами та практично ідеально круглої форми. Піднімаючись все вище в атмосфері, інтенсивність вихрових рухів слабшає і за рахунок турбулентності навколишнього повітря кільце часто змінює форму, вигинається і в кінцевому рахунку зникає. При цьому, видимість цих кілець забезпечується процесом конденсації водяної пари, що піднімається в холодніші шари атмосфери, а також домішкою інших газів і попелу. На рисунку нижче схематично показані умови та процес утворення кілець над жерлом вулкана.

У 2023 році під керівництвом таких геологів як Fabio Pulvirenti та Simona Scollo було опубліковано дослідження, присвячене подібним вулканічним кільцям – «Dynamics of volcanic vortex rings». У ньому вивчалися процеси утворення вихорових тороїдальних кілець над різними вулканами (Асо, Етна, Гекла, Момотомбо, Стромболі та ін.), та проведене моделювання явища. Спостереження показали, що в середньому радіус кілець в атмосфері становить від 5 до 100 метрів, швидкість підйому від 2 до 40 м/с, середній час існування 1 – 10 хвилин, максимальна висота підйому обмежується зазвичай 1 кілометром, після чого кільце руйнується за рахунок турбулентних рухів повітря. Колір кілець зазвичай білий, іноді з відтінками сірого та коричневого. Початкова температура газу при підйомі кільця зазвичай перевищує 420 °С. Склад приблизно на 80% з водяної пари, решта 20% - вуглекислий газ, попіл, оксиди азоту та сірки.

За словами вулканолога Сімони Сколли, механізм вулканічних кілець аналогічний тому, як дельфіни надувають кільця з повітря у воді. Вони стискають повітря в роті і за допомогою язика виштовхують його з великою швидкістю, створюючи такий тиск, що утворюється кільце з вихровими рухами.

Вперше явище вихрових кілець над Етною було зафіксовано та описано у 1724 році. Після цього з певною періодичністю надходили чисельні відомості про кільця в різні роки, особливо вражаючі у 2000 та 2023 роках. Саме над Етною подібні кільця фіксуються найчастіше через особливості геологічної структури вулкана та процесів у ньому. Але вони не є передвісником сильних вивержень, а просто демонструють динамічне та активне життя вулкана.

Підготував Ігор Кібальчич, кандидат географічних наук, метеоролог.