CC BY
0
Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2023. Т. 43. №2. C. 141-165. ISSN 2079-6641
ПРИБОРЫ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ
" https://doi.org/10.26117/2079-6641-2023-43-2-141-165
Научная статья
Полный текст на русском языке
УДК 537.874
Дистанционные методы наблюдений за извержениями вулканов Шивелуч и Безымянный
Е. И. Малкин1*, В. И. Чернева2, Д. О. Махлай2, Н.В. Чернева1, Р. Р. Акбашев3, Д. В. Санников1
1 Институт космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН, 684034, с. Паратунка, Елизовский район, Камчатский край, Россия
2 Национальный исследовательский университет ИТМО, 197101, г. Санкт-Петербург, Россия
3 Единая геофизическая служба РАН, Камчатский филиал, 683032, г. Петропавловск-Камчатский, Россия
Аннотация. В работе представлен анализ дистанционных методов наблюдения при извержениях вулканов Шивелуч и Безымянный, сопровождавшихся импульсным электромагнитным излучением естественного происхождения (ИЭИ) в ОНЧ-диапазоне (3-30 кГц), начиная с 2016 года. По данным Камчатского филиала Федерального исследовательского центра «Единая геофизическая служба РАН» (КФ ФИЦ ЕГС РАН) был составлен каталог наиболее сильных событий на вулканах Шивелуч и Безымянный за указанный период, из которых было отобрано 68 извержений вулкана Шивелуч и 13 извержений вулкана Безымянный, сопровождавшихся электромагнитными импульсами, зарегистрированными ОНЧ-пеленгатором, что говорит о том, что извержения привели к образованию «грязных» гроз. Наличие грозовой активности в пепло-газовом облаке при извержении вулканов отслеживается при помощи радиотехнических средств мониторинга, расположенных в районах р. Карымшина, п. Козыревск, п. Крутоберегово. Сценарий развития события имеет двухстадийный характер. Первая стадия увеличения ИЭИ сопровождается образованием эруптивной колонны, зависит от мощности взрыва и высоты пеплового выброса, вторая стадия зависит от мощности извержения и длительности распространения облака. Спутниковые данные подтверждают информацию о перемещении эруптивного облака, сопровождающегося последовательными молниевыми разрядами, трассируя траекторию его движения. Также дано предварительное описание событий вулканов Безымянный и Шивелуч, произошедших в апреле 2023 года сопровождающихся пепловыми выбросами высотой до 20 и 30 км соответственно.
Ключевые слова: грозовой разряд, импульсное электромагнитное излучение, дистанционные методы, спутниковые снимки.
Получение: 20.06.2023; Исправление: 27.06.2023; Принятие: 28.06.2023; Публикация онлайн: ДД.ММ.ГГГГ
Для цитирования. Малкин Е. И. и др. Дистанционные методы наблюдений за извержениями вулканов Шивелуч и Безымянный // Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2023. Т. 43. № 2. C. 141-165. EDN:WWRQHZ. https://doi.org/10.26117/2079-6641-2023-43-2-141-165.
Финансирование. Работа выполнена в рамках реализации государственного задания № АААА-А21-121011290003-0. Конкурирующие интересы. Конфликтов интересов в отношении авторства и публикации нет. Авторский вклад и ответственность. Авторы участвовали в написании статьи и полностью несут ответственность за предоставление окончательной версии статьи в печать.
корреспонденция: A E-mail: malkin@ikir.ru ф
Контент публикуется на условиях Creative Commons Attribution 4.0 International License © Малкин Е. И. и др., 2023
© ИКИР ДВО РАН, 2023 (оригинал-макет, дизайн, составление)
Vestnik KRAUNG. Fiz.-Mat. nauki. 2023. vol. 43. no. 2. P. 141-165. ISSN 2079-6641
INSTRUMENTS AND METHODS OF MEASUREMENT " https://doi.org/10.26117/2079-6641-2023-43-2-141-165 Research Article Full text in Russian MSG 78A40
Remote Methods for Observations of Shiveluch and Bezymianny
Volcano Eruptions
E.I. Malkin1*, V.I. Cherneva2, D. O. Makhlai2, N. V. Cherneva1, R. R. Akbashev3, D. V. Sannikov1
1 Institute of Cosmophysical Research and Radio Wave Propagation FEB RAS, Paratunka, Russia
2 ITMO University, St. Petersburg, Russia
3 Kamchatka Branch, Geophysical Survey, Russian Academy of Sciences, Petropavlovsk-Kamchatsky, Russia
Abstract. The paper presents the analysis of remote methods for observations during Shiveluch and Bezymianny volcano eruptions accompanied by natural pulse electromagnetic radiation (PER) in VLF range (3-30 kHz) from 2016. Based on the data of Kamchatka Branch of the Federal Research Center «Geophysical Survey RAS» (KB FRC GS RAS) [18], a catalogue of the strongest events on Shiveluch and Bezymianny volcanoes was made for the indicated period. 68 eruptions of Shiveluch volcano and 13 eruptions of Bezymianny volcano were selected as they were recorded by the VLF direction finder and accompanied by electromagnetic pulses that indicates that the eruptions caused «dirty» thunderstorm occurrences. Lightning activity in the ash-gas clouds during the volcanic eruptions was traced by radio technical monitoring means installed in the regions of Karymshina river, Kozyrevsk and Krutoberegovo villages. The scenario of event development has a two-stage character. The first stage of PER increase is accompanied by eruptive column formation and depends on burst power and ash ejection height. The second stage depends on eruption power and cloud propagation duration. Satellite data confirm the information on the motion of eruptive clouds accompanies by successive lightning strokes tracing the trajectory of their propagation. We also give preliminary description of Bezymianny and Shiveluch volcanoes events occurred in April 2023 and accompanied by ash ejections of the height up to 20 and 30 km, respectively.
Key words: Lightning discharge, pulse electromagnetic radiation, remote methods, satellite images Received: 20.06.2023; Revised: 27.06.2023; Accepted: 28.06.2023; First online: 30.06.2023
For citation. Malkin E. I. et al. Remote methods for observations of Shiveluch and Bezymianny volcano eruptions. Vestnik KRAUNC. Fiz.-mat. nauki. 2023, 43: 2,141-165. EDN:WWRQHZ. https://doi.org/10.26117/2079-6641-2023-43-2-141-165.
Funding. The research was carried out within the framework of the state task of IKIR FEB RAS on the topic AAAA-A21-121011290003-0
Competing interests. There are no conflicts of interest regarding authorship and publication.
Contribution and Responsibility. All authors contributed to this article. Authors are solely responsible for providing the final version of the article in print. The final version of the manuscript was approved by all authors.
* Correspondence: A E-mail: malkin@ikir.ru
The content is published under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International License © Malkin E.I. et al., 2023
© Institute of Cosmophysical Research and Radio Wave Propagation, 2023 (original layout, design, compilation)
Введение
Изучение дистанционными методами электростатического электричества в эруптивных облаках является перспективным направлением для получения информации о развитии эруптивных облаков и процессах их электризации. Разделение зарядов, приводящее к возникновению молний, наблюдается не только в метеорологических, дождевых или градовых облаках, а также в эруптивных облаках (ЭО) при извержениях вулканов с высокой молниевой активностью («грязные грозы») [1-10]. Эксплозивные извержения вулканов сопровождаются сложными геофизическими процессами при инжекции в атмосферу большого количества раскаленного пепла и вулканических газов. Наличие в магме растворенной воды при снятии литостатического давления приводит к ее фрагментации (разрушению) с образованием большого количества диспергированной породы (пирокластики), которая вместе с вулканическими газами образует ЭО. В силу различных физических процессов происходит электризация ЭО [3, 11, 12], свидетельством которой являются наблюдаемые молниевые разряды. Само по себе извержение вулкана является катастрофическим процессом, представляющим опасность как для урбанизированных территорий в целом, так и для людей в частности. Мониторинг распространения ЭО от «грязных гроз», осуществляющийся различными методами, позволяет оповестить о пепловой опасности, что дает возможность принять превентивные меры с целью уменьшения последствий. Надежными дистанционными методами мониторинга эксплозивной активности вулканов являются сейсмический и инфразвуковой методы, а также регистрация грозовой активности. Первый даёт информацию об интенсивности и продолжительности эксплозивного процесса, второй указывает на степень его нестационарности и интенсивности выноса пепла в атмосферу, третий трассирует перемещение пеплового облака по данным молниевых разрядов. В данной работе остановимся на первом и третьем методах с привлечением спутниковых данных для надёжности анализа.
С 2016 по 2023 годы наиболее активными вулканами на Камчатке являются вулканы Шивелуч и Безымянный Ключевской группы вулканов (рис.1).
Вулкан Шивелуч - самый северный из действующих вулканов Камчатки (56°47' с. ш., 157°56' в. д.) с высотой экструзивного купола 2500 м н.у.м. В последнее десятилетие его активность обусловлена медленным выжиманием магмы и формированием купола. При этом иногда возникают сильные эксплозивные извержения. Для некоторых из них ЭО поднимается до высоты тропопаузы (10-12 км) и распространяется на сотни километров, сопровождаясь существенной молниевой активностью [7,8].
Вулкан Безымянный (55.98^, 160.59°Е, высота 2869 м н.у.м.) расположен в центральной части полуострова Камчатка. Проявления его вулканической активности многообразны: выжимание экструзивного купола и блоков; эксплозии различной интенсивности, включая направленные взрывы; извержения пирокластических потоков, а в последнее десятилетие выжимание небольших вязких лавовых потоков. В декабре 2016 г. началась новая активизация вулкана.
160°
161°
KZY AKBG
BDRA SMKA
влк. Шивелуч
Ключи
Паратунка кг<мж*
KZY А
56°
Козыревск ВЛК. БвЗЫМЯННЫЙ
56°
Тихий океан
▲
BZM
а
160'
161
Ь
Рис. 1. Схема расположения ОНЧ-пеленгатора (ИКИР ДВО РАН), вулканов Шивелуч и Безымянный на Камчатке (а), точек наблюдения за вулканами (КФ ФИЦ ЕГС РАН) в районе Северной группы вулканов и очагов разгрузки, зафиксированных WWLLN (б) [Figure 1. The location diagram of the VLF direction finder (IKIR FEB RAS) and the Bezymianny and the Shiveluch volcanoes in Kamchatka (a), observation points for volcanoes (CF FITS EGS RAS) in the region of the Northern group of volcanoes and discharge centers recorded by WWLLN (b)]
Аппаратура и методика наблюдений
Для регистрации ИЭИ от грозовых разрядов в Институте космофизических исследований и распространения волн (ИКИР) ДВО РАН был создан пеленгатор очень низких частот (ОНЧ-пеленгатор, f « 0.5 — 60 кГц). Описание программно-аппаратного комплекса для регистрации ИЭИ дано в работе [13].
Помимо ОНЧ-пеленгатора, расположенного на станции наблюдений «р. Карымшина» (KRM) (см. рис.1), ИКИР ДВО РАН ведёт регистрацию ИЭИ с временной точностью до нескольких микросекунд от вулканических молний с помощью сегмента мировой сети определения координат грозовых разрядов World Wide Lightning Location Network (WWLLN, [14,15]), которая дает отличный результат для мониторинга распространения эруптивных облаков в случае оптимального расположения пунктов сети. В качестве основного источника информации в данной работе используется ОНЧ-пеленгатор ИКИР ДВО РАН.
Основным методом определения высокотоковых электрических разрядов атмосферного происхождения является разностно-дальномерный, который заключается в точном определении временной задержки между регистрацией
одного и того же импульса на разнесённых базовых станциях с последующим восстановлением семейства гипербол и поиском их пересечения. Базовые станции регистрации образуют сеть грозолокации. Наиболее ярким представителем такой сети является NLDN (National Lightning Detection Network), расположенная в США. Определение местоположения молниевого разряда в рамках этой сети осуществляется по алгоритму TOA (Time Of Arrival) [16].
В рамках данного алгоритма фиксация времени происходит при достижении максимума первой полуволны «земной» составляющей сигнала, регистрируемого в полосе частот 1-400 кГц. В пределах внутренней зоны данной сети точность определения местоположения молниевого разряда составляет ~500 м. Аналогичной по методу, но отличающейся в реализации, является глобальная сеть WWLLN (World Wide Lightning Location Network). Данная сеть также относится к разностно-дальномерным системам местоопределения (РДСМ), но методика определения временных задержек подчиняется алгоритму TOGA (Time Of Group Arrival), суть которого заключается в измерении групповой задержки сигнала, записанного в полосе частот 6-22 кГц.
Сравнение описанных выше систем показывает, что обнаружение разрядов молнии сетью WWLLN относительно сети NLDN составляет ~10% при токах разряда > 25 кА и ~35% при токах более 130 кА. При эксплозивных извержениях вулканов подавляющее большинство составляют разряды с током <75 кА. Соответственно, для мониторинга распространения ЭО опираться на данные всемирной сети WWLLN не представляется возможным, но имеет смысл использовать данные сети для проверки наличия грозовой активности в регионе [17]. Для функционирования РДСМ необходима высокая точность определения времени на всех базовых станциях и высокая плотность расстановки станций. Исходя из этого данный метод не подходит для мониторинга ЭО.
Поэтому основным методом был выбран метод однопунктовой пеленгации, который заключается в определении азимута прихода ТЕМ (Transverse Electromagnetic) волны по отдельно регистрируемым компонентам поля. Базовая станция представляет собой антенную систему, состоящую из двух взаимно перпендикулярных рамочных магнитных (ориентированных в направлениях север-юг и восток-запад) и одной штыревой электрической антенн, системы передачи и обработки сигнала. Рамочные 100-витковые антенны имеют размеры 4х8 м, а штыревая антенна высотой 6 м установлена на крыше здания. Регистрируются электромагнитные импульсы в диапазоне 0.5-60 кГц, превышающие пороговый уровень 1 В/м. ОНЧ-пеленгатор позволяет регистрировать электромагнитные излучения от региональных гроз и лоцировать азимут их прихода.
Для выделения ИЭИ применяются следующие критерии:
• Отношение сигнал/шум (SNR) должно превышать 7 dB в полосе частот 6-19 кГц.
• Длительность импульса должна превышать 80 мкс.
Структура регистрируемого радиоимпульса грозового разряда, упрощённо, может быть представлена в виде последовательности:
• излучение лидера, длительностью 2-4 мс, с максимумом интенсивности в диапазоне 10-20 кГц.
• ОНЧ-сферик, длительностью 1-2 мс, с максимумом интенсивности в диапазоне 6-10 кГц.
• КНЧ-сферик, длительностью 15-30 мс, с максимумом интенсивности в диапазоне частот 200-700 Гц.
Наибольшую энергию в структуре радиоизлучения грозового разряда (I-интенсивность) несёт ОНЧ-атмосферик в соотношении
хлидер : 1онч : 1КНЧ = 0,03 :1 : 0,0003.
Основная часть радиоимпульсов, сопровождающих вулканическую грозу, состоит из одиночных, коротких по длительности, ОНЧ-сфериков (~97%) и только 3% ОНЧ-сфериков представляют собой классическую молнию с лидером и КНЧ-сфериком. WWLLN может определять только эти 3% классических молний, в то время, как метод однопунктовой пеленгации, использующийся в данном исследовании для распознавания гроз в ЭО, отслеживает все радиоимпульсы, что позволяет определить размеры ЭО и отследить его перемещение.
Примеры регистрации грозовых разрядов, сопровождающих эксплозивные извержения вулканов Камчатки до 2022 г.
Впервые взрывное извержение вулкана Шивелуч было зафиксировано дистанционными методами ИЭИ 27 октября 2010 года в режиме реального времени по данным всемирной сети наблюдения за грозами WWLLN (http://wwlln.net/volcanoMonitor.html, [14]).
Следующее извержение вулкана Шивелуч в ноябре 2014 года с применением дистанционных методов наблюдений приведено в работах [3, 4], где показана стратификация и распространение шлейфа ЭО на двух высотах. Однако долгосрочные систематические наблюдения за геофизическими параметрами, связанными с возникновением и развитием грозовой активности во время извержений камчатских вулканов, не проводились из-за отсутствия сети наблюдений. В настоящее время для формирования локальной сети установлены две станции - в п. Козыревск (КЕУ) и п. Крутоберегово (КБС), работающие в тестовом режиме (рис.1).
За период с 2016 года по настоящее время накоплен огромный объём данных, которые показывают эффективность дистанционных методов наблюдения при извержениях вулканов Камчатской северной группы.
По данным Камчатского филиала Федерального исследовательского центра «Единая геофизическая служба РАН» (КФ ФИЦ ЕГС РАН) [18] был составлен
каталог наиболее сильных событий на вулканах Шивелуч и Безымянный за период 2016-2022 гг. Из них было отобрано 68 извержений вулкана Шивелуч и 13 извержений вулкана Безымянный, 75% из которых привели к образованию «грязных гроз», излучающих электромагнитные импульсы, зарегистрированные пеленгатором.
Например, во время извержения вулкана Шивелуч 16 декабря 2016 г. в 22:31 по данным КФ ФИЦ ЕГС РАН [18] высота эруптивного облака, оцененная по интенсивности сейсмического сигнала, составила 5.6 км.
20161216 23:28 (UTC)
в. Шивелуч
-60 -50 -40 -30 -20 -10 Температура, ' С
0 0 60 120 180 240 300 360 0 Направление ветра, градус
10 15 20 25 30 Скорость ветра, м/с
Рис. 2. Распространение эруптивного облака от извержения вулкана Шивелуч 16.12.2016 в 22:31 и стратификация атмосферы по данным баллонного зондирования на метеостанции Ключи. а, б - спутниковые снимки (TerraMODIS) эруптивного облака, полученные в режиме реального времени на приемной станции Унискан-36 ИВиС ДВО РАН; в -температурная и ветровая стратификация атмосферы 17.12.2016 в 00:00
[Figure 2. Eruptive cloud propagation from Shiveluch volcano eruption at 22:31 on December 16, 2016 and atmosphere stratification according to the data of balloon sounding at Klyuchi meteorological station. а, b - satellite images (TerraMODIS) of eruptive cloud obtained in real time mode at Uniskan-36 receiving station (IVS FEB); с - temperature and wind stratification of the atmosphere at 00:00 on December 17, 2016]
На космических снимках, (рис.2, а, б) эруптивное облако двигалось под действием ветра с азимутом ~75°со скоростью ~17 м/с, что соответствовало азимуту
и скорости ветра в интервале высот 6.5-8.0 км согласно стратификации атмосферы (см. рис.2).
Для 5 наиболее сильных эксплозий вулкана Шивелуч в 2017 г. и двух эксплозий вулкана Безымянный в 2019 г. [18], нашедших отражение в дистанционных методах мониторинга, рассматривались параметры, характеризующие процесс эксплозивного извержения. В данном случае сейсмический мониторинг наиболее информативен, т.к. эксплозивные землетрясения характеризуют интенсивность и длительность процесса фрагментации магмы [19]. Сравнение на качественном уровне электромагнитного и сейсмического излучений является необходимым условием для понимания развития электростатических процессов в ЭО на начальном этапе.
По данным ОНЧ-пеленгатора формирование эруптивных облаков сопровождалось ИЭИ с азимута на вулкан Шивелуч 25.6°[±]10°.
а)
б)
Рис. 3. Скорость счета ИЭИ в минутных интервалах с азимута 25.6[±]10° на вулкан Шивелуч (а), запись эксплозивных землетрясений на вертикальной составляющей сейсмостанции KLY (б). Номера панелей согласно таблице 1. Стрелками отмечены грозовые разряды, зафиксированные сетью WWLLN, а квадратами - длительность сейсмического сигнала на сейсмостанции SKR.
[Figure 3. PER activity in minute intervals from the azimuth of 25.6[±]10°to Shiveluch volcano (a), record of explosive earthquakes on the vertical component at KLY seismic station (b). Panel numbers are according to Table 1. Arrows indicate lightning discharges recorded by WWLLN network and the squares show the seismic signal duration at SKR seismic station.]
На рис.3 показана динамика скорости счета ИЭИ в минутном интервале во временной окрестности длительностью два часа.
Таблица 1
Характеристика эруптивной и молниевой активностей эксплозивных извержений вулкана Шивелуч в 2017 г. [Description of eruptive and lightning activity of explosive eruptions of the Shiveluch volcano in 2017.]
Дата to H A z Amax A t A t! Cmax Ni A t2 Cmax n2
11.05 18:24:19 10 18.5 11.2 4 13 36 28 12 144
16.05 07:05:52 10 9.3 9.4 2 4 6 11 2 16
14.06 16:26:44 12 8.1 6.5 3 20 41 10 7 42
18.06 16:26:57 11 15.4 12.4 4 9 15 38 15 207
23.07 17:43:23 8 2.7 48.5 3 3 6 36 14 158
Н - высота эруптивного облака по спутниковым снимкам, км; Amax - максимальная амплитуда смещения грунта в KLY, мкм/с; At - длительность сейсмической записи в SMK, мин; Ati, At2 - длительность первой и второй фазы вулканической грозы, мин; Cmax - максимальная скорость счета, имп/мин; Ni,N2 - общее количество ИЭИ в минутном интервале, зарегистрированное в первой и второй стадиях вулканической грозы.
Наиболее интересное событие произошло 14 июня 2017 г. в 16:26, когда ЭО на высоте ~12 км прошло вблизи сейсмостанций KLY и KZY [14].
На спутниковых снимках HIMAWARI-8 (http://rammb.cira.colostate.edu/, [20]) видно, что через 34 минуты после начала извержения на высоте 9 км сформировалось почти круговое ЭО диаметром ~70 км (см. рис.4а).
Согласно ветровой стратификации по данным баллонного зондирования (рис^), ЭО начало двигаться к поселку Ключи со скоростью 12 м/с (рис.4а,Ь,с). Формирование ЭО и его распространение фиксировалось видеокамерой в KLY (см. рис^,е). Почти через час ЭО накрыло поселок KLY, где выпало 100 г/м2 пепла, а затем продолжило движение по направлению к Ключевскому вулкану (см. рис.4£). В 21:33 эруптивное облако достигло KZY, где наблюдалось слабое выпадение очень мелкодисперсного пепла [1].
Во время извержений вулкана Безымянный 20 января и 15 марта 2019 г. (см. рис.5 и таблицу 2) ОНЧ-пеленгатором регистрировались ИЭИ с азимута на вулкан. По интенсивности ~20 имп/мин импульсное излучение было близко к наиболее сильным событиям вулкана Шивелуч, показанным на рис.3, № 1,3.
Таблица 2
Характеристика эруптивной и молниевой активностей эксплозивных извержений вулкана Безымянный в 2019 г.
[Description of eruptive and lightning activity of explosive eruptions of the
Bezymianny volcano in 2019.]
Дата to H A z Amax A t A t1 C Cmax Ni A t2 C Cmax n2
20.01 16:05:58 15 45.4 15.2 - - - 19 22 206
15.03 17:12:05 16 58.5 35.4 5 32 93 51 88 1043
Рис. 4. Распространение эруптивного облака от извержения вулкана Шивелуч 14.06.2017 г. по данным спутниковых снимков HIMAWARI-8 (а, b, c) [20]; развитие эруптивного облака, зафиксированное видеокамерой в KLY (d, e, f); температурная и ветровая стратификации атмосферы по данным баллонного зондирования (g). [Figure 4. Propagation of an eruptive cloud from Shiveluch volcano eruption on 14 June 2017 according to the data of HIMAWARI-8 satellite images (a,c) [20]; development of an eruptive cloud recorded by a video camera at KLY (56.318439°N, 160.855891°E, the distance from the observation point to the Shiveluch volcano is 45 km) (d,f); temperature and wind stratification of the atmosphere according to balloon sounding data (g).]
Механизм образования гроз в эруптивных облаках на примере извержений вулканов Шивелуч и Безымянный
Для всех «грязных гроз», зарегистрированных ОНЧ-пеленгатором, характерна двухстадийность возникновения ИЭИ, которая была ранее обнаружена для извержений вулканов Августин и Редаут на Аляске [22, 23], механизм, объясняющий двухстадийность на примере Камчатских эксплозивных извержений описан в работах [7] - [10].
20 января 2019 г. 15 марта 2019 г,
Время, мин
Рис. 5. Скорость счета ИЭИ в минутных интервалах с азимута 23,4[±]10° на вулкан Безымянный 20.01.2019 г. (а) и 15.03.2019 г. (b), запись эксплозивных землетрясений на сейсмостанции KIR [7] на вертикальной составляющей (c, d). Стрелками отмечены грозовые разряды, зарегистрированные сетью WWLLN
[Figure 5. PER activity in minute intervals from the azimuth of 25.6[±]10° to Bezymianny volcano on 20 January 2019 (a) and on 15 March 2019 (b), record of explosive earthquakes of the vertical component at KIR seismic station [7] (c,d). Arrows show lightning discharges recorded by WWLLN network.]
Первая стадия, длительностью 5-7 минут, сопровождает образование эруптивной колонны. Вторая, длительностью 20-80 минут, связана с формированием и распространением эруптивного облака. Интенсивность первой стадии зависит от мощности взрыва и высоты пеплового выброса, вторая - от количества выброшенного вулканического материала и от взаимодействия ЭО в процессе его распространения с облаками метеорологического происхождения.
Для иллюстрации двухстадийного механизма образования гроз в эруптивных облаках рассмотрим по три события вулканов Шивелуч и Безымянный.
В таблице 3 показаны условные характеристики двух стадий трёх наиболее интересных «грязных гроз», возникших при извержении вулкана Шивелуч. На рис.6 показана скорость счета зарегистрированных импульсов для событий, представленных в табл.3.
В табл.4 показаны параметры трёх событий при эксплозиях вулкана Безымянный. Отличительной особенностью извержения 15.03.2022 г. вулкана
Таблица 3
Параметры трёх наиболее ярких событий при эксплозиях вулкана
Шивелуч.
[Parameters of the three most striking events during the explosions of the
Shiveluch volcano.]
время 1 max скорость кол-во время 2 max скорость кол-во
Дата Время фазы, счета, фазы, счета, WWLLN
мин имп/мин имп. мин имп/мин имп.
11.05.2017 18:24 4 16 47 28 14 183 4
23.07.2017 17:43 4 3 10 26 18 205 0
21.10.2019 12:17 5 18 45 - - - 0
17:27 17:57 18:27 18:57 11:45 12:15 12:45 13:15 17:21 17:51 18:21 18:51
время, чч:мм
Рис. 6. Скорость счета ИЭИ во время извержений, азимутально пришедших со
стороны вулкана Шивелуч [Figure 6. PER counting rate during the eruptions arrived azimuthally from the direction to Shiveluch volcano.]
Таблица 4
Параметры трёх наиболее ярких событий при эксплозиях вулкана
Безымянный.
[Parameters of the three most striking events during the explosions of the
Bezymianny volcano.]
время 1 max скорость кол-во время 2 max скорость кол-во
Дата Время фазы, счета, фазы, счета, WWLLN
мин имп/мин имп. мин имп/мин имп.
20.12.2017 03:39 3 5 9 54 37 781 7
15.03.2019 12:17 - - - 40 83 1138 11
15.03.2022 18:24 4 11 32 50 21 159 4
Безымянный был взрыв в 12:50, что нашло отражение в динамике развития «грязной» грозы в виде двухстадийности с чётко выраженными первой (I) и второй (II) фазами (см. рис.6). Из-за неоднородной стратификации атмосферы (рис.7) в момент извержения эруптивное облако оказалось растянутым, с наблюдаемым азимутальным угловым размером в 22,5°относительно станции «р.
Карымшина». Анализ данных ОНЧ-пеленгатора подтвердил наличие грозового очага в азимутальных углах от 8,2°до 27°.
Рис. 7. Стадии распространение эруптивного облака по данным спутниковых снимков HIMAWARI-8 [20]: а - развитие эруптивного облака на 13:30; б - 14:00; в - 17:15. Данные высотного зондирования п. Ключи 15.03.2022 12:00; г - температурная стратификация атмосферы; д, е - ветровая стратификация атмосферы [Figure 7. Stages of eruptive cloud propagation according to the data from HIMAWARI-8 satellite images [20]: а - eruptive cloud development at 13:30; b - at 14:00; c - at 17:15. Height sounding data at Klyuchi on March 15, 2022; d -temperature stratification of the atmosphere; e, f - wind stratification of the atmosphere.]
Азимут прихода импульсного излучения для всех импульсов в первой фазе грозы составил 23,6°[±]0,4°, что совпадает с азимутальным направлением на сам вулкан. Максимальная интенсивность разрядов с азимутом ~17°наблюдалась по прошествии 17 минут после начала извержения. При анализе начальных фаз зарегистрированных импульсов было выяснено, что пеленг положительных молний, в динамике развития грозы, монотонно смещался с уменьшением азимута (последний положительный импульс имел азимут 8,2°), в то время как отрицательные молнии фиксировались во всех азимутальных углах.
Натурные наблюдения, выполненные на Большом трещинном Толбачинском извержении на Камчатке в июле-октябре 1975 г. [24], а также на вулкане
Сакурадзима (Япония) при извержении в 1995 г. [24, 25], позволили дать качественное описание конфигурации зарядов эруптивного облака (рис. 8).
Рис. 8. Схематические модели формирования электрических структур в эруптивном облаке. а - в ближней зоне [1]; б - схемы разделения заряда при формировании вулканического шлейфа под действием ветра, согласно [25]; в - разделение зарядов в эруптивных облаках на основе натурных наблюдений на вулкане Сакурадзима по [24]. I - разделение зарядов под действием гравитационных сил на начальном участке при слабом ветре; II - формирование облака на автомодельном участке под действием ветра; III - шлейф в зоне плавучести; IV - область выпадения крупной фракции; V - область выпадения тефры. [Figure 8. Schematic models of electric structure formation in an eruptive cloud. а - in the near-field zone [1]; b - schemes of charge separation during volcanic plume under wind effect according to [25]; c - charge separation in eruptive clouds based on natural observations on Sakurajima volcano according to [24]. I - charge separation under gravity force at the initial section in case of weak wind; II - formation of a cloud at the automodel section under wind effect; III - plume in the floating zone; IV - region of coarse fraction fall; V - region of tephra fall.]
Согласно работе [26], при трибоэлектризации биполярное заряжения частиц зависит от их размера, при этом отрицательный заряд характерен для мелких частиц, а положительный - для более крупных. При инжекции газо-пепловой струи в атмосферу за счет гидродинамического сопротивления и седиментации происходит фракционное разделение частиц пепла, приводящее к скоплению более крупных и, соответственно, положительно заряженных частиц пепла внизу эруптивной колонны. Это, в свою очередь, должно провоцировать возникновение молний положительной полярности. После развития ЭО из-за большого количества воды (до 7% массы изверженного материала и до 97% весового состава газов) должны работать классические механизмы разделения зарядов, свойственные метеорологическим облакам. Согласно данным, полученным при извержениях вулкана Шивелуч, приведенным в таблице 3, подавляющее количество разрядов первой фазы имеют положительную полярность, то есть начальный дипольный момент излучающего диполя направлен
а
б
в
преимущественно вверх (39 случаев для события 11.05.2017, 7 - 23.07.2017 и 37 - 21.10.2019). Во второй фазе большая часть разрядов имеет отрицательную полярность, в среднем 98% от общего количества зарегистрированных разрядов, что в свою очередь свидетельствует о противоположном направлении начального дипольного момента, и, как следствие, инверсии общего электрического поля ЭО. Азимутальное распределение зарегистрированных молний и их полярности при извержении вулкана Безымянный 15.03.2022 наглядно демонстрирует общую картину ориентации поля. Выделенные цифрами точки облака имеют следующую высотную стратификацию: 15, 12, 9, 6 км (см. рис. 7,в).
Таким образом, первая фаза вулканической грозы, длительностью 5-7 минут, сопровождает образование эруптивной колонны. Высокая плотность положительных зарядов в нижней части колонны обусловлена фракционным разделением частиц пепла (крупные +, мелкие -). Пауза между фазами обусловлена разделением зарядов в верхней части эруптивного облака. Согласно [1] аэрозоли в зоне плавучести несут положительный заряд и, как следствие, создают поле, противоположное по направлению полю, созданному в эруптивной колонне. При продолжительном извержении количество аэрозолей увеличивается и, соответственно, возрастает величина объёмного заряда, в следствие чего инвертируется созданное результирующее поле.
Дистанционные методы наблюдений за извержениями вулканов Шивелуч и Безымянный в апреле 2023 года
В апреле 2023 года оба вулкана активизировались.
Рис. 9. Фотография извержения вулкана Безымянный 7 апреля 2023 г.
[Figure 9.Photo of Bezymianny volcano eruption on April 7, 2023 ]
По данным видеонаблюдения за вулканами КФ ФИЦ ЕГС РАН [18] на вулкане Безымянный 7 апреля 2023 года с 00:11 по 5:00 UTC происходили серии поверхностных событий продолжительностью 3-6 минут, сопровождавшиеся парогазовой эмиссией с содержанием пепла и пепловыми выбросами на высоту до
3000-4500 м н.у.м. В соответствие со стратификацией атмосферы, пепло-газовый шлейф распространялся на юго-восток.
В 5:34 иТС началось пароксизмальное эксплозивное извержение с максимальной высотой подъема эруптивного облака до 14 км н.у.м. в 5:42 иТС (см. рис.9). Спустя полчаса, с 06:00 до 24:00 следовали серии поверхностных событий, сопровождавшиеся газо-пепловыми выбросами на высоту 5000м[±]660 м н.у.м. по данным спутника Штатоап-9, см. рис.11,а.
По данным дистанционных методов мониторинга резкое увеличение сейсмической активности зафиксировано на сейсмической станции BZM (рис.1), ОНЧ-комплексом фиксируется увеличение ИЭИ с пеленга на Безымянный (см.рис.10). По спутниковым данным максимальная высота достигла 20 км (см.рис.11).
Рис. 10. Азимутальное распределение пеленгов ИЭИ в диапазоне 0°-60° (а). Скорость счета ИЭИ во время извержений, азимутально пришедших со стороны вулкана Безымянный (б). Запись эксплозивных землетрясений на сейсмостанции BZM при извержении вулкана Безымянный 7 апреля 2023 года (в).
[Figure 10. Azimuthal distribution of PER direction finding in the range of 0°-60° (a). The counting rate of PER, azimuthally arrived from Bezymianny volcano direction, during the eruptions (b). Record of explosive earthquakes at BZM seismic station during Bezymianny volcano eruption on April 7, 2023 (c).]
Данные наблюдений показывают, что при этом извержении также прослеживается двухстадийность вулканической грозы.
10 апреля активизировался вулкан Шивелуч. В 10:10 иТС по данным спутника Шшатоап-9 появилось аэрозольное облако, поднявшееся до 6 км н.у.м. и распространившееся на северо-северо-запад. С 12:10 ИТС 10 апреля из вулкана начался вынос пепла на северо-запад в виде парогазового шлейфа (см. рис.11б). В
а)
б)
Рис. 11. Распространение эруптивного облака от извержения вулкана Безымянный 07 апреля 2023 г. (а) и от извержения вулкана Шивелуч 10 апреля 2023 г.(б) по данным спутниковых снимков HIMAWARI-9 (http://rammb.cira.colostate.edu).
[Figure 11. Distribution of the eruptive cloud from Bezymianny volcano eruption on April 7, 2023 (а) and from Shiveluch volcano eruption on April 10, 2023 (b) based on the HIMAWARI-9 satellite image data.]
13:07 UTC 10 апреля началось эксплозивное извержение вулкана Шивелуч, сильно разрушившее лавовый купол в его кратере. На снимке со спутника Himawari-9 в 13:20 UTC было обнаружено пепловое облако, которое стало перемещаться на запад-северо-запад от вулкана (см. рис.12).
По данным спутника Himawari-9 в 13:20 UTC 10 апреля эруптивное облако поднялось примерно до 10 км н.у.м. [27]. По спутниковым данным максимальная высота достигла 30 км (см.рис.11).
Специалисты (группа KVERT) выпустили предупреждение об опасности извержения вулкана Шивелуч для авиации (англ. Volcano Observatory Notice for Aviation - VONA) с изменением авиационного цветового кода с оранжевого на красный в 19:29 UTC 10 апреля [28]. Эксплозивное извержение продолжалось непрерывно 3 дня, с 10 по 13 апреля.
Рис. 12. Снимок спутника Himawari-8 при извержении вулкана Шивелуч 10 апреля 2023 г.
[Figure 12. HIMAWARI-8 satellite image of Shiveluch volcano eruption on April 10, 2023.]
Рис. 13. Азимутальное распределение пеленгов ИЭИ в диапазоне 0°-60°(а). Скорость счета ИЭИ во время извержений, азимутально пришедших со стороны вулкана Шивелуч (б). Запись эксплозивных землетрясений на сейсмостанции BDR при извержении вулкана Шивелуч 7 апреля 2023 года (в).
[Figure 13. Azimuthal distribution of PER direction finding in the range of 0°-60°(a). The counting rate of PER, azimuthally arrived from Bezymianny volcano direction, during the eruptions (b). Record of explosive earthquakes at BDR seismic station during Shiveluch volcano eruption on April 7, 2023 (c).]
Мощный циклон, охвативший весь полуостров Камчатка, вытянул ЭО сначала на юго-запад, затем растянул в северном направлении и направил на восток от вулкана.
Динамика развития пепловых и аэрозольных облаков этого извержения представлена на анимациях, построенных на основе данных спутника Шша№ап-9 в период с 08:00 ИТС 10 апреля до 07:50 ИТС 14 апреля [29]. Подробное описание извержения дано в работе [30].
По дистанционным наблюдениям WWLLN [14] в 13:06 ИТС пришло первое оповещение о начале эксплозивного извержения.
На рис.13 по данным ОНЧ-пеленгатора начало молниевой активности совпадает с данными спутника Шша'етап^. Первая стадия прослеживается с 13:10 до 13:35, вторая стадия двухстадийного молниевого процесса регистрируется с 13:50 до 20:35. Резкое увеличение молниевой активности соответствует эксплозиям 17:44, 18:46, 19:14, зафиксированным сейсмостанцией ВБИ,, (рис.1, [18]). Общее количество разрядов при извержении вулкана Шивелуч достигло 26101.
Заключение
Группа камчатских вулканов располагается вблизи международных авиационных трасс. В связи с этим эруптивные извержения представляют серьезную угрозу безопасности полётов. Для снижения рисков необходимы оперативные системы обнаружения извержений. Дистанционные методы наблюдений, такие как трассирование сопутствующих грозовых очагов, позволяют оперативно получать информацию на стадиях формирования и фрагментации эруптивных облаков, когда наиболее интенсивно развиваются процессы электризации. Молниевые разряды дают информацию о возникновении эруптивного шлейфа и трассируют его движение в начальный период извержения.
Неоспоримым преимуществом дистанционных методов мониторинга эксплозивной активности вулканов, таких как сейсмический метод и метод регистрации грозовой активности, являются их оперативность и возможность использования в условиях плохой видимости. Более того, физика эксплозивного процесса может быть понята и изучена только с помощью натурных наблюдений комплексом геофизических методов. Так, при анализе структуры радиосигнала и сопоставлении её с электрическими, акустическими и метеорологическими данными, можно получать информацию о характеристиках и тенденциях развития процесса фрагментации пепловых облаков.
Для улучшения разрешающей способности наблюдений в настоящее время установлены две станции в п. Козыревск и п. Крутоберегово, которые работают в тестовом режиме, показывая хорошие результаты.
Благодарность. Авторы выражают благодарность коллегам, которые начинали исследования в этой области - к.ф-м.н. Дружину Геннадию Ивановичу, отдают дань уважения д.ф.-м.н. Фирстову Павлу Павловичу за длительное
наставничество и научное руководство.
Список литературы
1. Руленко О. П., Токарев П. И. Атмосферно-электрические эффекты Большого трещинного Толбачинского извержения в июле-октябре 1975 г, Бюлл. вулканостанции, 1979. Т. 56, С. 96102.
2. James M. R., Lane S. J., Gilbert J. S. Volcanic plume monitoring using atmospheric electrical potential gradients, J. Geol. Soc. bond., 1998. vol.155, pp. 587-590, DOI: 10.1144/gsjgs.l55.4.0587.
3. Shevtsov B.M., Firstov P.P., Cherneva N. V., Holzworth R.H., Akbashev R. R. Lightning and electrical activity during the Shiveluch volcano eruption on 16 November 2014, Nat. Hazards Earth Syst. Sci, 2016. vol.16, pp. 871-874 DOI: 10.5194/nhess-16-871-2016.
4. Firstov P.P., Akbashev R. R., Holzworth R., Cherneva N.V., Shevtsov B. M. Atmospheric electric effects during the explosion of Shiveluch volcano on November 16, 2014, Izv. Atmos. Ocean. Phys.,2017. vol.53, pp. 24-31 DOI: 10.1134/S0001433817010066.
5. Cherneva N. V., Firstov P. P., Akbashev R. R. Perspectives of monitoring of atmospheric-electric effects from volcanic eruptions in Kamchatka / Proc. SPIE 10833, 24th International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics, 2018, pp. 108337R DOI: 10.1117/12.2504174.
6. Firstov P. P., Cherneva N. V., Akbashev R. R., Malkin E. I., Druzhin G. I. Atmospheric-electric effects from volcano eruptions on Kamchatka peninsula (Russia) / Proc. SPIE 11208, 25th International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics, 2019, pp. 1120874 DOI: 10.1117/12.2540356.
7. Firstov P.P., Malkin E.I., Akbashev R.R., Druzhin G.I., Cherneva N.V., Holzworth R.H., Uvarov V.N., Stasiy I.E. Registration of Atmospheric-Electric Effects from Volcanic Clouds on the Kamchatka Peninsula (Russia), Atmosphere, 2020. vol.11, no. 634, pp. 1-16 DOI: 10.3390/atmos11060634.
8. Malkin, E. I., Cherneva, N. V., Firstov, P. P., Druzhin G. I., Sannikov D. V. Dirty thunderstorms caused by volcano explosive eruptions in Kamchatka by the data of electromagnetic radiation, IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci, 2021. vol.946, no. 012015, pp. 1-6 DOI:10.1088/1755-1315/946/1/012015.
9. Firstov P. P., Akbashev R. R., Malkin E. I., Cherneva N. V., Druzhin G. I. Atmospheric electrical effects during a strong explosive eruption of Bezymianny volcano (Kamchatka Peninsula, Russia) on December 20, 2017, IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci., 2021. vol.840, no. 012020, pp. 1-6 DOI:10.1088/1755-1315/840/1/012020.
10. Malkin, E., Firstov, P., Cherneva, N., Druzhin, G. Lightning Activity of Eruptive Clouds from Shiveluch Volcano (Kamchatka, Russia) / Problems of Geocosmos-2020, Springer Proceedings in Earth and Environmental Sciences, 2022 DOI: 10.1007/978-3-030-91467-7_34.
11. Mather, T. A. and Harrison, R. G. Electrification of volcanic plumes, Surv. Geophys., 2006. vol.27, pp. 387-432 DOI: 10.1007/s10712-006-9007-2.
12. Rodger, C. J., Werner, S., Brundell, J. B., Lay, E. H., Thomson, N. R., Holzworth, R. H., and Dowden, R. L. Detection efficiency of the VLF World-Wide Lightning Location Network (WWLLN): initial case study, Ann. Geophys., 2006. vol.24, pp. 3197-3214 DOI: 10.5194/angeo-24-3197-2006.
13. Дружин Г. И. Пухов В. М. Санников Д. В. Малкин Е. И. ОНЧ-пеленгатор грозовых разрядов, Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки, 2019. Т. 27, №2, С. 95-104 DOI: 10.26117/2079-6641-2019-27-2-95-104.
14. http://wwlln.com/
15. Dowden R. L., Brundell J. B., Rodger C. J. VLF lightning location by time of group arrival (TOGA) at multiple sites, J. Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 2002. vol.64, no. 7, pp. 817-830 DOI: 10.1016/S1364-6826(02)00085-8.
16. Cummins K.L., Murphy M.J. An overview of Lightning Location System: History, Techniques, and Data Uses, With an In-Depth Look at the U.S. NLDN, IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, 2009. vol.51, no. 3 DOI: 10.1109/TEMC.2009.2023450.
17. Abarca S.F., Corbosiero K.L., Galarneau T.J. An evaluation of the Worldwide Lightning Location Network (WWLLN) using the National Lightning Detection Network (NLDN) as ground truth, J. Geophys. Res., 2010. vol.115, no. D18206 DOI: 10.1029/2009JD013411.
18. http://www.emsd.ru/~ssl/monitoring/main.htm
19. Zobin V. M. Introduction to volcanic seismology. Third edition: Elsevier: Amsterdam, 2017. 559 pp.
20. http://www.emsd.ru/~ssl/monitoring/main.htm
21. Firstov P.P., Akbashev R.R., Zharinov N.A., Maksimov A.P., Manevich T.M., Mel'nikov D.V. Electrification of eruptive plumes discharged by Shiveluch volcano in relation to the character of the responsible explosion, J. Volcanology and Seismology, 2019. vol. 13, no. 3, pp. 172-184 DOI: 10.1134/s0742046319030035.
22. Behnke, S.A., Thomas, R.J., McNutt, S.R., Schneider, D.J., Krehbiel, P.R., Rison, W., Edens, H.E. Observations of volcanic lightning during the 2009 eruption of Redoubt volcano, J. Volcanol. Geotherm. Res., 2013. vol.259, pp. 214-234 DOI: 10.1016/j.jvolgeores.2011.12.010.
23. Thomas R.J., McNutt S.R., Krehbiel R.P., Rison W., Aulich G., Edens H.E., Tytgat G., Clark E. Lightning and Electrical Activity during the 2006 Eruption of Augustine Volcano / The 2006 Eruption of Augustine Volcano, Alaska Power. Chapter 25, Editors: J.A., M.L Coombs, J.T. Freymueller. Paper 1769, U.S. Geological Survey Professional, 2010, pp. 580-609.
24. James M. R., Lane S. J., Gilbert J.The density, construction and drag coefficient of electrostatic volcanic ash aggregates, J. Chem. Inf. Model, 1989. vol. 53, no. 160 DOI: 10.1029/2002JB002011.
25. Miura T., Koyaguchi T., Tanaka Y. Measurements of electric charge distribution in volcanic plumes at Sakurajima volcano, Japan. Bull. Volcanol., 2002. vol.64, pp. 75-93.
26. Méndez H.J, Cimarelli C., Cigala V., Kueppers Dufek J. Charge injection into the atmosphere by explosive volcanic eruptions, Earth and Planetary Science Letters, 2021. vol.574.
27. https://ds.data.jma.go.jp/svd/vaac/data/TextData/2023/20230410_30027000_0192_Text. html
28. http://www.kscnet.ru/ivs/kvert/van/?n=2023-51
29. http://d33.infospace.ru/jr_d33/materials/2023v20n2/283-291/1683110898.webm
30. Гирина О. А., Лупян Е. А., Хорват А., Мельников Д. В., Маневич А. Г., Нуждаев А. А., Бриль А. А., Озеров А. Ю., Крамарева Л. С., Сорокин А. А.Анализ развития пароксизмального извержения вулкана Шивелуч 10-13 апреля 2023 года на основе данных различных спутниковых систем, Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса, 2023. Т. 20, №2, С. 283-291 DOI: 10.21046/2070-7401-2023-20-2-283-291.
Информация об авторах
Малкин Евгений ИльичА - научный сотрудник Лаборатории электромагнитных излучений Института космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН, с. Паратунка, Россия, © ОЯСГО 0000-0001-8037-1335.
Чернева Вероника ИвановнаА - преподаватель факультета программной инженерии и компьютерной техники Национального исследовательского университета ИТМО, г. Санкт-Петербург, Россия, © ОЯСГО 0000-0002-0875-9463.
Махлай Дмитрий ОлеговичЛ - преподаватель факультета программной инженерии и компьютерной техники Национального исследовательского университета ИТМО, г. Санкт-Петербург, Россия, © ОЯСГО 0000-0003-3412-6480.
Чернева Нина ВолодаровнаЛ - кандидат физико-математических наук, ученый секретарь, ведущий научный сотрудник Лаборатории электромагнитных излучений Института космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН, Паратунка, Россия, © ОЯСГО 0000-0002-6440-7569.
Акбашев Ринат РафиковичА - кандидат физико-математических наук, научный сотрудник
Лаборатория исследований дегазации литосферы КФ ФИЦ ЕГС РАН, Петропавловск-Камчатский, Россия, © ОЯСГО 0000-0002-0737-9610.
Санников Дмитрий ВикторовичА - ведущий инженер Лаборатории электромагнитных излучений Института космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН, Паратунка, Россия, © ОЯСГО 0000-0001-8160-062Х.
References
[1] Rulenko O.P., Tokarev P.I. Atmospheric-electric effects of Large Fissure Tolbachik Eruption in July-October 1975, Byulleten' vulkanologicheskikh stantsiy. 1979. No. 56. pp. 96-102. (In Russian).
[2] James M. R., Lane S. J., Gilbert J. S. Volcanic plume monitoring using atmospheric electrical potential gradients, J. Geol. Soc. Lond., 1998, 155, 587-590. DOI: 10.1144/gsjgs.155.4.0587
[3] Shevtsov B. M., Firstov P. P., Cherneva N. V., Holzworth R. H., Akbashev R. R. Lightning and electrical activity during the Shiveluch volcano eruption on 16 November 2014, Nat. Hazards Earth Syst. Sci., 2016, 16, 871-874. DOI: 10.5194/nhess-16-871-2016.
[4] Firstov P.P., Akbashev R.R., Holzworth R. et al. Atmospheric electric effects during the explosion of Shiveluch volcano on November 16, 2014. Izv. Atmos. Ocean. Phys. 2017, 53, 24-31. DOI: 10.1134/S0001433817010066
[5] Cherneva N. V., Firstov P. P., Akbashev R. R. Perspectives of monitoring of atmospheric-electric effects from volcanic eruptions in Kamchatka, Proc. SPIE 10833, 24th International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics, 108337R (13 December 2018) DOI: 10.1117/12.2504174
[6] Firstov P.P., Cherneva N.V., Akbashev R.R, Malkin E.I., Druzhin G.I., "Atmospheric-electric effects from volcano eruptions on Kamchatka peninsula (Russia),"Proc. SPIE 11208, 25th International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics, 1120874 DOI: 10.1117/12.2540356
[7] Firstov P.P., Malkin E.I., Akbashev R.R., Druzhin G.I., Cherneva N.V., Holzworth R.H., Uvarov V.N., Stasiy I.E. Registration of Atmospheric-Electric Effects from Volcanic Clouds on the Kamchatka Peninsula (Russia). Atmosphere, 2020, 11, 634. DOI: 10.3390/atmos11060634
[8] Malkin E. I., Cherneva N. V., Firstov P. P., Druzhin G. I., Sannikov D. V. Dirty thunderstorms caused by volcano explosive eruptions in Kamchatka by the data of electromagnetic radiation, IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 2021, 946, 012015 DOI: 10.1088/1755-1315/946/1/012015
[9] Firstov P. P., Akbashev R. R., Malkin E. I., Cherneva N. V., Druzhin G. I. Atmospheric electrical effects during a strong explosive eruption of Bezymyanniy volcano (Kamchatka Peninsula, Russia) on December 20, 2017, IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 2021, 840, 012020 DOI: 10.1088/1755-1315/840/1/012020
[10] Malkin E., Firstov P., Cherneva N., Druzhin G. Lightning Activity of Eruptive Clouds from Shiveluch Volcano (Kamchatka, Russia). Problems of Geocosmos-2020. Springer Proceedings in Earth and Environmental Sciences. 2022. DOI: 10.1007/978-3-030-91467-7_34
[11] Mather T. A., Harrison R. G. Electrification of volcanic plumes, Surv. Geophys., 2006, 27, 387-432. DOI: 10.1007/s10712-006-9007-2
[12] Rodger C. J., Werner S., Brundell J. B., Lay E. H., Thomson N. R., Holzworth R. H., Dowden R. L. Detection efficiency of the VLF World-Wide Lightning Location Network (WWLLN): initial case study, Ann. Geophys., 2006, 24, 3197- 3214. DOI: 10.5194/angeo-24-3197-2006
[13] Druzhin G.I., Pukhov V.M., Sannikov D.V., Malkin E.I., VLF-direction finder to investigate natural radio radiations, Vestnik KRAUNTs. Fiziko-matematicheskie nauki, 2019, 27, 2, 95-104.DOI: 10.26117/2079-6641-2019-27-2-95-104,(In Russian).
[14] http://wwlln.com/
[15] Dowden R. L., Brundell J. B., Rodger C. J. VLF lightning location by time of group arrival (TOGA) at multiple sites Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 2002, 64, 7, 2002, 817-830. DOI: 10.1016/S1364-6826(02)00085-8
[16] Cummins K.L., Murphy M.J. An overview of Lightning Location System: History, Techniques, and Data Uses, With an In-Depth Look at the US.NLDN, IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, 2009, 51, 3. DOI: 10.1109/TEMC.2009.2023450
[17] Abarca S.F., Corbosiero K.L., Galarneau T.J. Jr. An evaluation of the Worldwide Lightning Location Network (WWLLN) using the National Lightning Detection Network (NLDN) as ground truth, J.Geophys. Res. 2010, 115, D18206, DOI: 10.1029/2009JD013411.
[18] http://www.emsd.ru/~ssl/monitoring/main.htm
[19] Zobin V.M. Introduction to volcanic seismology. Third edition. Elsevier: Amsterdam. 2017. p. 559.
[20] http://rammb.cira.colostate.edu/
[21] Firstov P.P., Akbashev R.R., Zharinov N.A., Maksimov A.P., Manevich T.M., Mel'nikov D.V. Electrification of eruptive plumes discharged by Shiveluch volcano in relation to the character of the responsible explosion, Journal of Volcanology and Seismology. 2019, 13, 3, 172-184. DOI: 10.1134/s0742046319030035
[22] Behnke S.A., Thomas R.J., McNutt S.R., Schneider D.J., Krehbiel P.R., Rison W., Edens H.E. Observations of volcanic lightning during the 2009 eruption of Redoubt volcano. J. Volcanol. Geotherm. Res. 2013, 259, 214-234. DOI: 10.1016/j.jvolgeores.2011.12.010
[23] Thomas R.J., McNutt S.R., Krehbiel R.P., Rison W., Aulich G., Edens H.E., Tytgat G., Clark E. Lightning and Electrical Activity during the 2006 Eruption of Augustine Volcano / The 2006 Eruption of Augustine Volcano, Alaska Power. Chapter 25. Editors: J.A., M.L Coombs J.T. Freymueller U.S. Geological Survey Professional, 2010, 1769, 580-609.
[24] James M. R., Lane S. J., Gilbert J. The density, construction and drag coefficient of electrostatic volcanic ash aggregates. J. Chem. Inf. Model. 1989, 53, 160. DOI:10.1029/2002JB002011.
[25] Miura T., Koyaguchi T., Tanaka Y. Measurements of electric charge distribution in volcanic plumes at Sakurajima volcano, Japan. Bull. Volcanol. 2002, 64, 75-93.
[26] Mendez H.J, Cimarelli C., Cigala V., Kueppers Dufek J. Charge injection into the atmosphere by explosive volcanic eruptions. Earth and Planetary Science Letters, 2021, 574.
[27] https://ds.data.jma.go.jp/svd/vaac/data/TextData/2023/20230410_30027000_ 0192_Text.html
[28] http://www.kscnet.ru/ivs/kvert/van/?n=2023-51
[29] http://d33.infospace.ru/jr_d33/materials/2023v20n2/283-291/1683110898.webm
[30] Girina, et.al. Analysis of the development of the paroxysmal eruption of Sheveluch volcano on April 10-13, 2023, based on data from various satellite systems, Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya zemli iz kosmosa, 2023, 20, 2, 283-291 DOI: 10.21046/20707401-2023-20-2-283-291 (Russian).
Information about authors
Malkin Evgeny Ilichft - researcher laboratory of electromagnetic propogation Institute of Cosmophysical Research and Radio Wave Propagation FEB RAS, Paratunka, Russia, ©ORCID 0000-0001-8037-1335.
Cherneva Veronika Ivanovnaft - lecturer by ITMO University, Faculty of Software Engineering and Computer Engineering, St. Petersburg, Russia, © ORCID 0000-0002-0875-9463.
Makhlai Dmitriy Olegovichft - lecturer by ITMO University, Faculty of Software Engineering and Computer Engineering, St. Petersburg, Russia, ©ORCID 0000-0003-3412-6480.
Cherneva Nina Volodarovnaft - Ph.D. (Phys. & Math.), Scientific Secretary, Leading Researcher laboratory of electromagnetic propogation Institute of Cosmophysical Research and Radio Wave Propagation FEB RAS, Paratunka, Russia, © ORCID 0000-0002-6440-7569.
Akbashev Rinat Rafikovichft - Ph.D. (Phys. & Math.), Researcher of Investigations on Lithosphere Outgassing laboratory of Kamchatka branch of the Geophysical Service of Russian Academy of Sciences, Petropavlovsk-Kamchatsky, Russia, © ORCID 0000-0002-0737-9610.
Sannikov Dmitriy Victorovichft - lead engineer laboratory of electromagnetic propogation Institute of Cosmophysical Research and Radio Wave Propagation FEB RAS, Paratunka, Russia, © ORCID 0000-0001-8160-062X.
