Великомасштабні збурення геомагнітного поля, що супроводжували потужний вибух вулкану Тонга 15 січня 2022 р.

  • Л. Ф. Чорногор Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна https://orcid.org/0000-0001-5777-2392
  • М. Ю. Голуб Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна
Ключові слова: вулкан Тонга, збурення геомагнітного поля, аперіодичне збурення, квазіперіодичне збурення, час запізнювання, удавана швидкість, типи хвиль

Анотація

Актуальність. Ряд авторів описали результати спостережень за варіаціями геомагнітного поля, що були викликані вибухом вулкану Тонга. При цьому головна увага приділялася аналізу квазіперіодичних процесів, збуренню системи нейтрального вітру, іоносферних струмів на висотах динамо-області атмосфери. Були описані часові варіації геомагнітного поля, що спостерігалися на низці віддалених від вулкану магнітних станцій із мережі Intermagnet. Актуальною задачею є більш детальний аналіз магнітного ефекту вулкану Тонга.

Мета цієї роботи аналіз великомасштабних збурень геомагнітного поля, викликаних потужним вибухом вулкану Тонга, що відбувся 15 січня 2022 р.

Методи і методологія. Для аналізу використано дані вимірювань на світовій мережі магнітних станцій Intermagnet. Ці станції знаходилися по різні сторони від джерела збурень. Аналізу підлягали X-, Y- та Z-компоненти геомагнітного поля. Часова роздільна здатність – 1 хв, похибка не перевищувала 1 нТл. Проаналізовано часові варіації рівня геомагнітного поля з 12 по 18 січня 2022 р. Найбільш магнітоспокійними були доби 13 та 17 січня 2022 р. Саме вони використовувалися в якості контрольних.

Результати. У результаті аналізу часових варіацій X-, Y- і Z-компонент геомагнітного поля, зареєстрованих на станціях, що віддалені на відстані ~ 2000–8000 км від епіцентру вибуху вулкану Тонга, встановлено, що геомагнітний ефект носив глобальний характер. Виявлено шість груп збурень компонент геомагнітного поля, які могли бути викликані вибухом вулкану. Швидкості, близькі до ~ 4 та 1.5 км/с, властиві МГД хвилям. Швидкість, близька до ~ 1 км/с, характерна для вибухової хвилі. Швидкість ~ 500 м/с мають атмосферні гравітаційні хвилі. Збурення, що мали швидкості ~ 315 і 200 м/с, мабуть, поширювалися за рахунок хвилі Лемба та цунамі. Оцінено амплітуду квазіперіодичних збурень геомагнітного поля, що складала 1–10 нТл. Такі значення добре узгоджуються з результатами спостережень. Оцінки величини аперіодичних збурень дали значення 30–60 нТл, що також погоджувалося з результатами вимірювань.

Висновки. Підтверджено, що потужний вибух вулкану призвів до збурення усіх підсистем у системі Земля – атмосфера – іоносфера – магнітосфера.

Завантаження

##plugins.generic.usageStats.noStats##

Біографії авторів

Л. Ф. Чорногор, Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна

майдан Свободи, 4, м. Харків, 61022, Україна

М. Ю. Голуб, Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна

майдан Свободи, 4, м. Харків, 61022, Україна

Посилання

1. Chernogor LF. Physical effects of the January 15, 2022, powerful Tonga volcano explosion in the Earth – atmosphere – ionosphere – magnetosphere system. Space science and technology. 2022. (In Ukrainian). (In press).
2. Chernogor LF. Effects of the Tonga volcano explosion on January 15, 2022. International Conference “Astronomy and Space Physics in the Kyiv University” in part of the World Science Day for Peace and Development. October 18 – 21, 2022. Kyiv, Ukraine. Book of Abstracts. P. 12-13.
3. Chernogor LF. Electrical Effects of the Tonga Volcano Unique Explosion on January 15, 2022. International Conference “Astronomy and Space Physics in the Kyiv University” in part of the World Science Day for Peace and Development. October 18 – 21, 2022. Kyiv, Ukraine. Book of Abstracts. P. 79-80.
4. Chernogor LF. Magnetospheric Effects That Accompanied the Explosion of the Tonga Volcano on January 15, 2022. International Conference “Astronomy and Space Physics in the Kyiv University” in part of the World Science Day for Peace and Development. October 18 – 21, 2022. Kyiv, Ukraine. Book of Abstracts. P. 81-82.
5. Chernogor LF. Magnetic Effects of the Unique Explosion of the Tonga Volcano. International Conference “Astronomy and Space Physics in the Kyiv University” in part of the World Science Day for Peace and Development. October 18 – 21, 2022. Kyiv, Ukraine. Book of Abstracts. P. 89-90.
6. Chernogor LF. The Tonga super-volcano explosion as a subject of applied physics. International Scientific Conference “Electronics and Applied Physics”, APHYS 2022. 18-22 October, 2022. Kyiv, Ukraine. P. 130-131.
7. Chernogor LF, Mylovanov YB, Dorohov VL. Ionospheric Effects accompanying the January 15, 2022 Tonga Volcano Explosion. International Conference “Astronomy and Space Physics in the Kyiv University” in part of the World Science Day for Peace and Development. October 18 – 21, 2022. Kyiv, Ukraine. Book of Abstracts. P. 83-84.
8. Chernogor LF, Shevelev MB. Statistical characteristics of atmospheric waves, generated by the explosion of the Tonga volcano on January 15, 2022. International Conference “Astronomy and Space Physics in the Kyiv University” in part of the World Science Day for Peace and Development. October 18 – 21, 2022. Kyiv, Ukraine. Book of Abstracts. P. 85-86.
9. Matoza RS, Fee D, Assink JD, Iezzi AM, Green DN, Kim K, Toney L, Lecocq T, Krishnamoorthy S, Lalande JM, Nishida K, Gee KL, Haney MM, Ortiz HD, Brissaud Q, Martire L, Rolland L, Vergados P, Nippress A, Park J, Shani-Kadmiel S, Witsil A, Arrowsmith S, Caudron C, Watada S, Perttu AB, Taisne B, Mialle P, Le Pichon A, Vergoz J, Hupe P, Blom PS, Waxler R, De Angelis S, Snively JB, Ringler AT, Anthony RE, Jolly AD, Kilgour G, Averbuch G, Ripepe M, Ichihara M, Arciniega-Ceballos A, Astafyeva E, Ceranna L, Cevuard S, Che I-Y, De Negri R, Ebeling CW, Evers LG, Franco-Marin LE, Gabrielson TB, Hafner K, Harrison RG, Komjathy A, Lacanna G, Lyons J, Macpherson KA, Marchetti E, McKee KF, Mellors RJ, Mendo-Pérez G, Mikesell TD, Munaibari E, Oyola-Merced M, Park I, Pilger C, Ramos C, Ruiz MC, Sabatini R, Schwaiger HF, Tailpied D, Talmadge C, Vidot J, Webster J, Wilson DC. Atmospheric waves and global seismoacoustic observations of the January 2022 Hunga eruption, Tonga. Science. 2022;377(6601):95-100. https://doi.org/10.1126/science.abo7063
10. Matoza RS, Fee D, Assink JD, Iezzi AM, Green DN, Kim K, Toney L, Lecocq T, Krishnamoorthy S, Lalande JM, Nishida K, Gee KL, Haney MM, Ortiz HD, Brissaud Q, Martire L, Rolland L, Vergados P, Nippress A, Park J, Shani-Kadmiel S, Witsil A, Arrowsmith S, Caudron C, Watada S, Perttu AB, Taisne B, Mialle P, Le Pichon A, Vergoz J, Hupe P, Blom PS, Waxler R, De Angelis S, Snively JB, Ringler AT, Anthony RE, Jolly AD, Kilgour G, Averbuch G, Ripepe M, Ichihara M, Arciniega-Ceballos A, Astafyeva E, Ceranna L, Cevuard S, Che I-Y, De Negri R, Ebeling CW, Evers LG, Franco-Marin LE, Gabrielson TB, Hafner K, Harrison RG, Komjathy A, Lacanna G, Lyons J, Macpherson KA, Marchetti E, McKee KF, Mellors RJ, Mendo-Pérez G, Mikesell TD, Munaibari E, Oyola-Merced M, Park I, Pilger C, Ramos C, Ruiz MC, Sabatini R, Schwaiger HF, Tailpied D, Talmadge C, Vidot J, Webster J, Wilson DC. Supplementary Materials for Atmospheric waves and global seismoacoustic observations of the January 2022 Hunga eruption, Tonga. Science. 2022;377(6601). https://doi.org/10.1126/science.abo7063
11. Poli P, Shapiro NM. Rapid Characterization of Large Volcanic Eruptions: Measuring the Impulse of the Hunga Tonga Ha’apai Explosion From Teleseismic Waves. Geophysical Research Letters. 2022;49(8):e2022GL098123.
12. Carvajal M, Sepúlveda I, Gubler A, Garreaud R. Worldwide signature of the 2022 Tonga volcanic tsunami. Geophysical Research Letters. 2022;49(6):e2022GL098153. https://doi.org/10.1029/2022GL098153
13. Heidarzadeh M, Gusman AR, Ishibe T, Sabeti R, Šepić J. Estimating the eruption-induced water displacement source of the 15 January 2022 Tonga volcanic tsunami from tsunami spectra and numerical modelling. Ocean Engineering. 2022;261:112165. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2022.112165
14. Imamura F, Suppasri A, Arikawa T, Koshimura S, Satake K, Tanioka Y. Preliminary Observations and Impact in Japan of the Tsunami Caused by the Tonga Volcanic Eruption on January 15, 2022. Pure and Applied Geophysics. 2022;179:1549-1560. https://doi.org/10.1007/s00024-022-03058-0
15. Kubota T, Saito T, Nishida K. Global fast-traveling tsunamis driven by atmospheric Lamb waves on the 2022 Tonga eruption. Science. 2022;377(6601):91-94. https://doi.org/10.1126/science.abo4364
16. Lynett P. The Tsunamis Generated by the Hunga Tonga-Hunga Ha'apai Volcano on January 15, 2022. 16 March 2022, PREPRINT (Version 1) available at Research Square. https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-1377508/v1
17. Ramírez-Herrera MT, Coca O, Vargas-Espinosa V. Tsunami Effects on the Coast of Mexico by the Hunga Tonga-Hunga Ha’apai Volcano Eruption, Tonga. Pure and Applied Geophysics. 2022;179:1117-1137. https://doi.org/10.1007/s00024-022-03017-9
18. Tanioka Y, Yamanaka Y, Nakagaki T. Characteristics of the deep sea tsunami excited offshore Japan due to the air wave from the 2022 Tonga eruption. Earth, Planets and Space. 2022;74:61. https://doi.org/10.1186/s40623-022-01614-5
19. Terry JP, Goff J, Winspear N, Bongolan VP, Fisher S. Tonga volcanic eruption and tsunami, January 2022: globally the most significant opportunity to observe an explosive and tsunamigenic submarine eruption since AD 1883 Krakatau. Geoscience Letters. 2022;9:24. https://doi.org/10.1186/s40562-022-00232-z
20. Chernogor LF, Shevelev MB. A statistical study of the explosive waves launched by the Tonga super-volcano on January 15, 2022. Space science and technology. 2022. (In press).
21. Carr JL, Horváth Á, Wu DL, Friberg MD. Stereo plume height and motion retrievals for the record-setting Hunga Tonga-Hunga Ha’apai eruption of 15 January 2022. Geophysical Research Letters. 2022;49:e2022GL098131. https://doi.org/10.1029/2022GL098131
22. Chen C-H, Zhang X, Sun Y-Y, Wang F, Liu T-C, Lin C-Y, Gao Y, Lyu J, Jin X, Zhao X, Cheng X, Zhang P, Chen Q, Zhang D, Mao Z, Liu J-Y. Individual Wave Propagations in Ionosphere and Troposphere Triggered by the Hunga Tonga-Hunga Ha’apai Underwater Volcano Eruption on 15 January 2022. Remote Sensing. 2022;14(9):2179. https://doi.org/10.3390/rs14092179
23. Ern M, Hoffmann L, Rhode S, Preusse P. The mesoscale gravity wave response to the 2022 Tonga volcanic eruption: AIRS and MLS satellite observations and source backtracing. Geophysical Research Letters. 2022;49(10):e2022GL098626. https://doi.org/10.1029/2022GL098626
24. Kulichkov SN, Chunchuzov IP, Popov OE, Gorchakov GI, Mishenin AA, Perepelkin VG, Bush GA, Skorokhod AI, Vinogradov YuA, Semutnikova EG, Šepic J, Medvedev IP, Gushchin RA, Kopeikin VM, Belikov IB, Gubanova DP, Karpov AV, Tikhonov AV. Acoustic-Gravity Lamb Waves from the Eruption of the Hunga-Tonga-Hunga-Hapai Volcano, Its Energy Release and Impact on Aerosol Concentrations and Tsunami. Pure and Applied Geophysics. 2022;179:1533-1548. https://doi.org/10.1007/s00024-022-03046-4
25. Lin J-T, Rajesh PK, Lin CCH, Chou M-Y, Liu J-Y, Yue J, Hsiao T-Y, Tsai H-F, Chao H-M, Kung M-M. Rapid Conjugate Appearance of the Giant Ionospheric Lamb Wave Signatures in the Northern Hemisphere After Hunga-Tonga Volcano Eruptions. Geophysical Research Letters. 2022;49(8):e2022GL098222. https://doi.org/10.1029/2022GL098222
26. Otsuka S. Visualizing Lamb waves from a volcanic eruption using meteorological satellite Himawari-8. Geophysical Research Letters. 2022;49(8):e2022GL098324. https://doi.org/10.1029/2022GL098324
27. Vergoz J, Hupe P, Listowski C, Le Pichon A, Garcés MA, Marchetti E, Labazuy P, Ceranna L, Pilger C, Gaebler P, Näsholm SP, Brissaud Q, Poli P, Shapiro N, De Negri R, Mialle P. IMS observations of infrasound and acoustic-gravity waves produced by the January 2022 volcanic eruption of Hunga, Tonga: A global analysis. Earth and Planetary Science Letters. 2022;591:117639. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2022.117639
28. Witze A. Why the Tongan volcanic eruption was so shocking. Nature. 2022;602:376-378. https://media.nature.com/original/magazine-assets/d41586-022-00394-y/d41586-022-00394-y.pdf
29. Wright CJ, Hindley NP, Alexander MJ, Barlow M, Hoffmann L, Mitchell CN, Prata F, Bouillon M, Carstens J, Clerbaux C, Osprey SM, Powell N, Randall CE, Yue J. Surface-to-space atmospheric waves from Hunga Tonga-Hunga Ha’apai eruption. Nature. 2022. https://doi.org/10.1038/s41586-022-05012-5
30. Yuen DA, Scruggs MA, Spera FJ, Zheng Y, Hu H, McNutt SR, Thompson G, Mandli K, Keller BR, Wei SS, Peng Z, Zhou Z, Mulargia F, Tanioka Y. 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 Research Advances. 2022;2(3):100134. https://doi.org/10.1016/j.eqrea.2022.100134
31. Zhang S-R, Vierinen J, Aa E, Goncharenko LP, Erickson PJ, Rideout W, Coster AJ, Spicher A. 2022 Tonga Volcanic Eruption Induced Global Propagation of Ionospheric Disturbances via Lamb Waves. Frontiers in Astronomy and Space Sciences. 2022;9:871275. https://doi.org/10.3389/fspas.2022.871275
32. Burt S. Multiple airwaves crossing Britain and Ireland following the eruption of Hunga Tonga–Hunga Ha’apai on 15 January 2022. Weather. Special Issue: The January 2022 eruption of Hunga Tonga-Hunga Ha’apai. 2022;77(3):76-81. https://doi.org/10.1002/wea.4182
33. Aa E, Zhang S-R, Erickson PJ, Vierinen J, Coster AJ, Goncharenko LP, Spicher A, Rideout W. Significant Ionospheric Hole and Equatorial Plasma Bubbles After the 2022 Tonga Volcano Eruption. Geophysical Research Letters. 2022;20(7):e2022SW003101. https://doi.org/10.1029/2022SW003101
34. Astafyeva E, Maletckii B, Mikesell TD, Munaibari E, Ravanelli M, Coisson P, Manta F, Rolland L. The 15 January 2022 Hunga Tonga eruption history as inferred from ionospheric observations. Geophysical Research Letters. 2022;49(10):e2022GL098827. https://doi.org/10.1029/2022GL098827
35. Harding BJ, Wu Y-JJ, Alken P, Yamazaki Y, Triplett CC, Immel TJ, Gasque LC, Mende SB, Xiong C. Impacts of the January 2022 Tonga Volcanic Eruption on the Ionospheric Dynamo: ICON-MIGHTI and Swarm Observations of Extreme Neutral Winds and Currents. Geophysical Research Letters. 2022;49(9):e2022GL098577. https://doi.org/10.1029/2022GL098577
36. Le G, Liu G, Yizengaw E, Englert CR. Intense equatorial electrojet and counter electrojet caused by the 15 January 2022 Tonga volcanic eruption: Space- and ground-based observations. Geophysical Research Letters. 2022;49(11):e2022GL099002. https://doi.org/10.1029/2022GL099002
37. Rajesh PK, Lin CCH, Lin JT, Lin CY, Liu JY, Matsuo T, et al. Extreme poleward expanding super plasma bubbles over Asia-Pacific region triggered by Tonga volcano eruption during the recovery-phase of geomagnetic storm. Geophysical Research Letters. 2022;49:e2022GL099798. https://doi.org/10.1029/2022GL099798
38. Saito S. Ionospheric disturbances observed over Japan following the eruption of Hunga Tonga-Hunga Ha’apai on 15 January 2022. Earth, Planets and Space. 2022;74:57. https://doi.org/10.1186/s40623-022-01619-0
39. Shinbori A, Otsuka Y, Sori T, Nishioka M, Perwitasari S, Tsuda T, Nishitani N. Electromagnetic conjugacy of ionospheric disturbances after the 2022 Hunga Tonga-Hunga Ha’apai volcanic eruption as seen in GNSS-TEC and SuperDARN Hokkaido pair of radars observations. Earth Planets Space. 2022;74(106). https://doi.org/10.1186/s40623-022-01665-8
40. Themens DR, Watson C, Žagar N, Vasylkevych S, Elvidge S, McCaffrey A, Prikryl P, Reid B, Wood A, Jayachandran PT. Global propagation of ionospheric disturbances associated with the 2022 Tonga volcanic eruption. Geophysical Research Letters. 2022;49(7):e2022GL098158. https://doi.org/10.1029/2022GL098158
41. Schnepf NR, Minami T, Toh H, Nair MC. Magnetic Signatures of the 15 January 2022 Hunga Tonga–Hunga Ha'apai Volcanic Eruption. Geophysical Research Letters. 2022;49(10):e2022GL098454.
42. 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. Journal of Geophysical Research: Space Physics. 2022;127(7):e2022JA030540. https://doi.org/10.1029/2022JA030540
43. Adushkin VV, Rybnov YS, Spivak AA. Wave-Related, Electrical, and Magnetic Effects Due to the January 15, 2022 Catastrophic Eruption of Hunga Tonga–Hunga Ha’apai Volcano. J. Volcanolog. Seismol. 2022;16(4):251-263. https://doi.org/10.1134/S0742046322040029
44. Chernogor LF. Radiophysical and geomagnetic effects of rocket launches: Monograph. Kharkiv: V. N. Karazin Kharkiv National University Publ, 2009. 386.
45. Chernogor LF, Blaunstein N. Radiophysical and Geomagnetic Effects of Rocket Burn and Launch in the Near-the-Earth Environment. Boca Raton, London, New York: CRC Press. Taylor & Francis Group; 2013. 542.
46. Luo Y, Chernogor LF, Zhdanko YH. Geospace perturbations that accompanied rocket launches from the Baikonur cosmodrome. Kinematics and physics of celestial bodies. 2022;38(6):287–299. https://doi.org/10.3103/S0884591322060046
47. Heki K. Explosion energy of the 2004 eruption of the Asama Volcano, central Japan, inferred from ionospheric disturbances. Geophys. Res. Lett. 2006;33:L14303. https://doi.org/10.1029/2006GL026249
48. Gossard EE, Hooke YX. Waves in the Atmosphere: Atmospheric Infrasound and Gravity Waves, Their Generation and Propagation (Developments in Atmospheric Science). Elsevier Scientific Pub. Co., 1975. 472 p.
49. Chernogor LF. Physics and Ecology of Disasters: Monograph. Kharkiv: V. N. Karazin Kharkiv National University Publ, 2012. 556.
Опубліковано
2022-10-27
Цитовано
Як цитувати
Чорногор, Л. Ф., & Голуб, М. Ю. (2022). Великомасштабні збурення геомагнітного поля, що супроводжували потужний вибух вулкану Тонга 15 січня 2022 р. Вісник Харківського національного університету імені В. Н. Каразіна. Серія «Радіофізика та електроніка», (37), 31-46. https://doi.org/10.26565/2311-0872-2022-37-03