Анализ развития пароксизмального извержения вулкана Шивелуч 10–13 апреля 2023 года на основе комплексных данных различных спутниковых систем

Шивелуч — наиболее активный вулкан Камчатки, расположен в северной части Центральной Камчатской депрессии, в 50 км от п. Ключи и в 450 км от г. Петропавловск-Камчатский (http://www.kscnet.ru/ivs/kvert/volc?name=Sheveluch). Шивелуч — одно из крупнейших вулканических сооружений Камчатки: поперечник его основания достигает 45—50 км, площадь не менее 1300 км2.

Детальное описание пароксизмального эксплозивного извержения вулкана Шивелуч и распространения его пепловых и аэрозольных облаков было выполнено на основании изучения данных различных спутниковых систем (Himawari-9, NOAA-18/19, GOES-18, Terra, Aqua, JPSS-1, Suomi NPP, «Арктика-М» № 1 и др.) в ИС VolSatView.

Согласно данным со спутника Himawari-9 из ИС VolSatView, в 10:10 UTC 10 апреля появилось аэрозольное облако размером 12×30 км, поднявшееся до 6 км над уровнем моря (н.у.м.) и переместившееся к 10:50 UTC на 35 км на северо-северо-запад (азимут 354°) от вулкана. С 12:10 UTC 10 апреля из вулкана начался вынос некоторого количества пепла: на северо-запад (азимут 309о) от него стал протягиваться парогазовый с содержанием пепла шлейф, к 13:00 UTC достигший 40 км.

В 13:10 UTC 10 апреля началось пароксизмальное эксплозивное извержение влк. Шивелуч, сильно разрушившее лавовый купол в его кратере. На снимке со спутника Himawari-9 из ИС VolSatView, в 13:20 UTC было обнаружено пепловое облако размером 35×20 км с «шапкой» аэрозолей, дальняя кромка которого находилась на северо-востоке (азимут 15°) от вулкана (рисунок 1а). В дальнейшем эруптивное облако было развёрнуто и стало перемещаться на запад-северо-запад от вулкана (см. рисунок 1). По данным спутника Himawari-9 за 13:20 UTC 10 апреля в ИС VolSatView, эруптивное облако поднялось примерно до 10 км н.у.м. Токио VAAC определил высоту этого пеплового облака на 13:10 UTC 15,8 км н.у.м. (https://ds.data.jma.go.jp/svd/vaac/data/TextData/2023/20230410_30027000_0192_Text.html). KVERT выпустил предупреждение об опасности извержения влк. Шивелуч для авиации (VONA — Volcano Observatory Notice for Aviation) с изменением авиационного цветового кода с оранжевого на красный в 19:29 UTC 10 апреля (http://www.kscnet.ru/ivs/kvert/van/?n=2023-51).

Эксплозивное извержение продолжалось почти непрерывно в течение 10–13 апреля, мощный циклон, во власти которого находился весь полуостров Камчатка, вытягивал пепловое облако на запад, поворачивал его на юг, растягивал на север и направлял на восток от вулкана. Динамика развития пепловых и аэрозольных облаков этого извержения отражена на анимационных картинах, выполненных по серии снимков спутника Himawari-9 в ИС VolSatView с 12:30 UTC 10 апреля до 23:50 UTC 12 апреля (http://kamchatka.volcanoes.smislab.ru/animation/1681439690.gif), и спутника «Арктика-М» № 1 с 16:00 до 21:30 UTC 10 апреля (http://moscow.planeta.smislab.ru/animation/1681556486.webm).

Наряду с непрерывным выносом пепла из кратера вулкана и образованием расширяющегося эруптивного облака, высота которого была преимущественно ограничена тропопаузой (~10 км н.у.м.), время от времени происходили мощные эксплозии, пеплы которых поступали в стратосферу. Например, по данным со спутника Himawari-9, такие эксплозии отмечены в 15:10 UTC (площадь облака S = 110 км2), 15:30 UTC (S = 826 км2), 16:50 UTC (S = 430 км2), 17:50 UTC (975 км2), 19:00 UTC (82 км2), 19:20 UTC (177 км2) 10 апреля. Например, сравнение данных приборов MODIS (спутник Aqua) в 14:50 UTC и AHI (спутник Himawari-9) в 15:10 UTC позволило получить предварительную оценку высоты эксплозии порядка 15–16 км.

    
    а                                                                              б
      
    в                                                                           г
Рисунок 1 — Изменение конфигурации и азимута распространения эруптивного облака влк. Шивелуч во время извержения 10 апреля 2023 г. Данные из ИС VolSatView: изображения облака на снимках спутника Himawari-9 в 14-м канале в 13:20 (а), 13:30 (б), 14:00 (в), 14:20 UTC (г) 10 апреля 2023 г.

С 16:50 UTC 10 апреля в результате серии мощных эксплозий эруптивное облако стало расширяться, плотный пепловый шлейф был развернут на юг от вулкана. Например, в 19:00 UTC произошла очередная мощная эксплозия пепла, высота которой, согласно совместному предварительному анализу спутниковых данных «Арктика-М» № 1 (http://moscow.planeta.smislab.ru/animation/1682090840.webm) и Himawari-9 (http://volcanoes.smislab.ru/animation/1681247449.webm), превысила 13 км н.у.м. Оценка высоты этой эксплозии, выполненная по данным спутника GOES-18 по методике из работы (Horvath et al., 2021), показала ~18 км н.у.м. Предыдущие, эта и следующие мощные эксплозии привели к формированию плотного пеплового шлейфа, направленного на юго-запад от вулкана, пепел из которого отложился в пос. Ключи и окрестностях слоем около 8 см. В течение 10–13 апреля пепловые шлейфы вулкана меняли направления согласно развитию циклона в районе Камчатки. Территории, на которых отмечались такие шлейфы и облака, имели примерную площадь: 10 апреля — 172 тыс. км2; 11 апреля — более 942 тыс. км2, в том числе 205 тыс. км2 на п-ве Камчатка; 12 апреля — до 2115 тыс. км2.
На спутниковом снимке Sentinel-2A за 00:40 UTC 12 апреля наблюдается пепловый шлейф, протянувшийся от влк. Шивелуч на юго-запад (рисунок 2). На снимке также ярко выражена зона, покрытая значительным слоем пепла в течение извержения 10–11 апреля. Площадь этой зоны по первым, грубым оценкам составила более 60 тыс. км2. Общая площадь территории Камчатки и Тихого океана, на которой отмечались пепловые и аэрозольные шлейфы и облака в течение извержения Шивелуча 10–13 апреля, по состоянию на 14 апреля составляла около 3280 тыс. км2.

 
Рисунок 2 — Мощный пепловый шлейф вулкана Шивелуч и зона загрязнения, связанная с пеплопадами, на спутниковом снимке Sentinel−2A по состоянию на 00:41 UTC 12 апреля 2023 года

Следует отметить, что эруптивная колонна во время извержения не была вертикальной: например, в начальный момент извержения 10 апреля в 13:20 UTC она отклонялась на северо-северо-восток, в этот же день в 19:00 UTC — на северо-восток, 11 апреля в 12:00 UTC — на северо-запад; 12 апреля в 07:00 UTC — на юго-запад.
В течение всего извержения эксплозивные события сопровождались выносом большого количества диоксида серы (SO2). Согласно данным Системы оповещения о вулканическом пепле и SO2 Службы поддержки авиации (англ. Support Aviation Control Service (SACS) SO2 and Ash Notification System, http://sacs.aeronomie.be), с помощью инструмента TROPOMI (англ. Tropospheric Ozone-Monitoring Instrument), над Камчаткой были зарегистрированы облака диоксида серы, высота которых превышала 20 км н.у.м. Например, по состоянию на 01:42 UTC 11 апреля такие облака занимали площадь 165 967 км2, масса SO2 в них составляла 214,46 кт, концентрация диоксида серы достигала 471,9 DU; на 01:22 UTC 12 апреля площадью таких облаков равнялась 593 156 км2, масса SO2 в них — 243,765 кт, концентрация диоксида серы — 191,6 DU (рисунок 3).

   
    а    б
Рисунок 3 — Содержание SO2 в аэрозольном шлейфе влк. Шивелуч во время извержения 11 апреля (а) и 12 апреля (б) 2023 г. по данным SACS (http://sacs.aeronomie.be/)

К 20 апреля аэрозольное облако достигло западной части о. Гренландия (https://sacs.aeronomie.be/nrt/TropomiNrt/2023/04.orb/20/tropomi_vcd20230420_105_lr.gif), 21 апреля оно полосой протянулось от о. Исландия вдоль Скандинавского полуострова (https://sacs.aeronomie.be/nrt/TropomiNrt/2023/04.orb/21/tropomi_vcd20230421_106_lr.gif).
Данное эруптивное событие Шивелуча было одним из самых сильных эксплозивных извержений, связанных с ростом лавового купола в кратере вулкана с 1980 г. По предварительной оценке, для этого извержения VEI (англ. Volcanic Explosivity Index) оценивается как 3–4.
Работа выполнена с использованием ИС VolSatView (http://volcanoes.smislab.ru), совместно с Институтом вулканологии и сейсмологии ДВО РАН, Вычислительный центр, ДВО РАН и Дальневосточный центр «НИЦ «Планета».