Вулканы могут выбрасывать в ионосферу большое количество заряженных наночастиц пепла, которые из-за эффекта электростатической левитации способны разлетаться на сотни километров и провоцировать грозы и аномальное количество ливней, выяснил британский геолог Мэттью Гендж. Его оценки косвенно подтверждаются и данными, полученными во время крупных извержений в прошлом, возможно, этот эффект в конечном счете привел к поражению Наполеона, говорится в статье, опубликованной в журнале .
Во время извержений вулканов в атмосферу выбрасывается до нескольких сотен кубических километров вулканического пепла — взвеси твердых частиц размером около одного микрона и меньше. При самых мощных извержениях взрывного типа эти частицы поднимаются на высоту 50 километров, достигая ионосферы. Известно, что в столбе извержений положительно и отрицательно заряженные частицы могут разделяться, однако в большинстве моделей влиянием электростатического взаимодействия на движение пепла в атмосфере пренебрегают.
Более подробно изучить эффект разделения зарядов в столбе извержений решил британский геолог Мэттью Гендж (Matthew Genge) из Имперского колледжа Лондона. Для этого ученый, основываясь на данных о вулканических выбросах, сделал теоретические оценки траекторий заряженных частиц различного размера — от 10 до 500 нанометров, после того, как их выбросило в верхние слои атмосферы. В выбросах может происходить разделение положительно заряженных газов и отрицательно заряженных частиц пепла. Оказалось, что при этом у самого столба извержений остается отрицательный заряд, в результате чего он продолжает электростатически отталкивать от себя заряженные частицы, придавая им дополнительную скорость.
Из-за такого эффекта электростатической левитации заряженные частицы размером в десятки и сотни нанометров в течение нескольких часов могут разлететься на сотни километров от вулкана. При этом и высота, на которой оказываются эти частицы во время своего полета, может достигать сотни километров.
Гендж утверждает, что высокая концентрация отрицательно заряженных частиц в ионосфере опасна также тем, что в течение короткого времени после выброса (порядка 100 секунд) на большой площади может возникнуть глобальный разряд, который может сильно сказаться на погоде — в первую очередь, он приведет к формированию большого количества грозовых облаков и резкому повышению уровня осадков. Для подтверждения этой гипотезы автор исследования рассмотрел известные данные о погоде в разных частях планеты после знаменитого извержения вулкана Кракатау 1883 года. Известно, что через некоторое время после извержения в полярных областях мезосферы были обнаружены облака, точную причину появления которых установить не удалось. По словам Генджа, как раз электростатическая левитация вулканического пепла из Кракатау могла привести к их образованию.
Геолог предполагает, что подобный эффект мог стать причиной плохой погоды в Европе в 1815 году, из-за чего, как считают некоторые ученые, Наполеон проиграл битву при Ватерлоо. Извержение вулкана Тамбора, из-за которого на следующий год в Европе и Северной Америке было аномально холодное лето, могло привести к глобальному электростатическому разряду в ионосфере, а после этого — мощнейшим ливням в Европе.
По утверждению Генджа, в будущем подобный эффект необходимо учитывать при оценке последствий мощных извержений. В частности, важным фактором электростатическая левитация пепла в ионосфере может стать при извержении супервулканов, во время которого попадание большого числа заряженных частиц в ионосферу может привести глобальному электрическому разряду в атмосфере.
Геологическое моделирование показывает, что мощные извержения опасны не только попаданием большого количества пепла в атмосферу, но и оседанием этого пепла на поверхность Земли. Так, в одном из недавних исследований ученые обнаружили, что при извержении Йеллоустонского супервулкана вне зависимости от времени года и направления ветра почти вся территория США окажется засыпана пеплом. При этом палеоклиматические данные и анализ вулканического пепла показывают, что последнее извержение этого вулкана, которое произошло около 639 тысяч лет назад, спровоцировало сразу два периода резкого похолодания, каждый из которых продолжался около 80 лет.