지금까지 본 것 중 가장 강렬한 번개

Hunga Tonga-Hunga Ha'apai의 분출은 지금까지 가장 극심한 번개 폭풍 중 하나를 일으켰으며 과학자들에게 화산의 비밀을 독특하게 엿볼 수 있게 해주었습니다.  남태평양에서 엿보는 두 개의 작은 섬이 있는데, 그 검은 바위는 가장자리에서 찰싹이는 푸른 물과 뚜렷하게 대조됩니다. 눈에 띄지 않는 것처럼 보이지만 이제 거대한 수중 화산에서 볼 수 있는 것은 그것들뿐입니다. 이 섬들은 사실 Hunga Tonga-Hunga Ha'apai의 중심부 에 있는 큰 가마솥 모양의 구멍 가장자리에 있는 작은 봉우리입니다 .

이 화산은 2022년 1월에 격렬하게 폭발하여 10입방 킬로미터(2.4입방 마일)의 암석, 화산재 및 퇴적물이 하늘로 곧장 올라가 58km 높이의 기둥을 생성했습니다. 그것은 현대 장비로 기록된 가장 큰 대기 폭발 이었습니다 . 거대한 화산 구름이 이 지역을 뒤덮었고 너무 커서 국제 우주 정거장에서 궤도를 도는 우주 비행사들이 볼 수 있었습니다 . 최대 45m(147ft) 높이의 파도를 동반한 거대 쓰나미가 폭발 로 인해 바깥쪽으로 밀려나 통가 섬을 황폐화 시키고 멀리 러시아, 하와이, 페루, 칠레까지 피해를 입혔습니다.  보고서에 따르면 쓰나미로 최소 6명이 목숨을 잃었습니다 .페루에서 2개 . (쓰나미로 인한 피해에 대해 자세히 알아보세요.)

그러나 화산 폭발로 촉발된 기록적인 사건은 폭발과 쓰나미만이 아닙니다. 그것은 또한 지금까지 목격된 것 중 가장 강렬한 조명 폭풍을 일으켰습니다.

Hunga Tonga-Hunga Ha'apai에서 생성된 화산재 구름 내부의 특별한 전기적 활동 에 대한 연구를 이끈 미국 지질 조사국의 화산학자인 Alexa Van Eaton은 "이것은 최상급의 분출"이라고 말했습니다. 과급 뇌우는 위성으로 우주에서 모니터링되어 화산 기둥 내부의 높은 고도에서 번개가 치는 것을 비교할 수 없는 전망을 제공합니다. 그리고 Van Eaton은 "우리가 본 적이 없는 것과 같은" 번개의 분노는 또한 화산 자체와 분출 중에 발생한 일에 대한 새롭고 귀중한 통찰력을 제공하고 있습니다. (기록을 깨는 분화의 힘에 대해 자세히 알아보십시오.)

 

기록적인 뇌우

절정에 이르렀을 때 Hunga Tonga-Hunga Ha'apai 위의 화산 기둥에 의해 촉발된 뇌우는 매분 2,600번의 번개를 일으켰습니다 . 거의 200,000번의 번개가 11시간 동안 검은 화산재 구름 내부를 비췄습니다. 밝은 방전 폭발은 바다 위 20-19마일(20-30km)에서 일어났는데, 이는 순항 중인 보잉 747 여객기보다 거의 3배 더 높은 것으로 기록된 가장 높은 고도의 번개 섬광 중 일부입니다.

Hunga Tonga-Hunga Ha'apai 화산 폭발에 의해 생성된 플룸은 대기의 상층에 도달한 후 광대한 지역에 퍼졌습니다. (Credit: Nasa)

Van Eaton은 "성층권에 번개가 치는 것은 매우 이례적인 일"이라고 말했습니다.

화산 번개는 드문 일이 아닙니다. 그것은 틀림없이 고대 로마의 변호사이자 작가인 Pliny the Younger가 친구에게 보낸 편지에서 처음으로 기록했을 것입니다. 그는 서기 79년에 폼페이를 파괴한 베수비오 산의 분출을 동반한 " 지그재그 섬광 "을 묘사했습니다.

그러나 Hunga 화산에서 생성된 엄청난 양의 번개는 화산 학자들을 놀라게 했습니다. 영국 브리스톨 대학의 물리적 화산학자인 피터 로울리(Peter Rowley)는 "슈퍼셀을 포함해 우리가 지구상에서 본 것보다 더 많다"고 말했다. 슈퍼셀은 강렬한 번개 , 극심한 강우, 심지어 폭우를 동반하는 심각한 형태의 뇌우입니다 . 그러나 이에 비해 이들은 분당 수십 번의 번개 섬광을 생성하는 것으로 나타났습니다 .

Hunga Tonga-Hunga Ha'apai 화산 기둥의 번개 폭풍이 너무 강해서 수천 킬로미터 떨어진 지상 라디오 안테나가 활동을 포착했습니다 .

연구자들은 폭풍이 얕은 바다를 뚫고 폭발한 마그마의 강력한 방출 때문에 발생했다고 생각합니다. 녹은 암석이 바닷물을 기화시켰고 바닷물은 화산재와 잔해 기둥으로 솟아올랐습니다. 폭발로 인해 1억 4,600만 톤(1억 6,100만 톤) 이상의 수증기가 지구의 성층권으로 유입되어 단 며칠 만에 성층권에서 발견되는 물의 양에 10%가 추가되었습니다. 나사는 나중에 물의 양이 올림픽 규모의 수영장 58,000개를 채울 수 있는 양이라고 보고했습니다 . 수증기 는 대기의 상층부 중 하나인 중간권까지 도달했습니다 .

화산재, 물 분자, 연기의 얼음 입자(물방울이 높은 대기에서 과냉각되어 형성됨) 사이의 상호 작용은 큰 전하를 생성하여 번개에 완벽한 조건을 생성합니다. (기둥이 어떻게 우주까지 반쯤 도달했는지 자세히 알아보십시오.)

Van Eaton은 "화산 폭발은 지구상의 다른 어떤 종류의 폭풍보다 더 극단적인 번개를 일으킬 수 있다는 것이 밝혀졌습니다."라고 말했습니다.

그러나 Van Eaton과 그녀의 동료들의 흥미를 끈 것은 번개의 강도만이 아니었습니다.

화산을 중심으로 한 동심원의 번개 고리는 시간이 지남에 따라 깃털에서 확장 및 축소되었습니다. "이 번개 고리의 규모는 우리의 마음을 사로잡았습니다."라고 그녀는 말합니다. "우리는 이전에 이와 같은 것을 본 적이 없으며 기상 폭풍에서는 비교할 수 없습니다. 단일 번개 고리가 관찰되었지만 다중은 아니며 비교하면 작습니다."

전 세계에는 Hunga Tonga-Hunga Ha'apai만큼 장관을 이루는 화산이 약 42개 있습니다.

연구자들은 원인이 화산 폭발에 의해 생성된 강렬하고 고도가 높은 난기류라고 믿고 있습니다. 화산 폭발에 의해 위쪽으로 분출된 막대한 양의 물질은 급속히 최대 높이까지 올라갔고 바깥쪽으로 확장되어 폭이 186마일(300km) 이 넘는 우산 모양의 구름을 형성했습니다 . 폭발에 의해 생성된 모멘텀은 플룸의 물질이 성층권으로 계속 "넘어가게" 하여 연못에 자갈을 떨어뜨리는 것과 약간 비슷한 중력파로 알려진 빠르게 움직이는 동심원 잔물결을 생성했습니다. 번개는 이러한 파도를 "서핑"하는 것처럼 보였고 155마일 너비(250km)의 고리 패턴으로 바깥쪽으로 확장되었습니다 .

Van Eaton은 "번개 고리가 구름을 통해 이동하는 중력파에 의해 형성되거나 적어도 관련되어 있다는 것을 보는 것은 우리에게 정말 인상적이었습니다."라고 말했습니다.

강력한 화산 기둥이 자체 기상 시스템을 만들어 이전에 관찰되지 않은 높이와 속도에서 전기 활동 조건을 유지하는 방법을 데이터에서 처음으로 보여주었습니다.

Van Eaton의 연구에 참여하지 않은 Rowley는 "매우 큰 분출에서 이러한 종류의 동심원 성장 고리(이러한 화산재의 중력파)에 번개가 뒤따를 가능성이 있습니다. 아마도 우리가 생각하는 것보다 더 많을 것입니다."라고 말합니다. 그러나 그는 확실히 하기 위해서는 더 많은 데이터가 필요하다고 말합니다.

번개는 또한 인상적인 빛의 쇼 그 이상을 제공했습니다. 그것은 Hunga Tonga-Hunga Ha'apai 분화와 그 연대표에 대한 새로운 세부 정보를 밝히는 데 도움이 되었습니다. 위성 이미지와 지상 라디오 안테나 데이터를 조합하여 번개에 대해 수집한 데이터는 화산 활동이 4가지 뚜렷한 활동 단계로 정의될 수 있음을 보여주었습니다. 깃털 높이가 변경됨에 따라 번개 속도가 빨라지고 약해졌습니다.

Van Eaton은 "너무 작아서 아무도 관심을 기울이지 않은" 아주 작은 깃털로 시작했다고 설명합니다. 그런 다음 2단계에서 기둥이 몇 시간 동안 훨씬 더 높은 강도의 분출에서 상승하기 시작하여 엄청난 양의 암석, 화산재 및 퇴적물을 대기 중으로 방출했습니다. 이는 기자 대피라미드를 건설하는 데 필요한 암석의 양과 동일합니다. 3,800 시간이 끝났습니다. 3단계에서는 분출이 더 낮은 강도로 계속되어 연기 높이가 약 20-30km(12-19마일) 높이로 떨어졌습니다. Van Eaton은 "여전히 놀라운 일입니다."라고 말합니다. 그런 다음 화산이 휴식을 취한 것처럼 보이는 흥미로운 일시 중지가 있었습니다. 그녀는 4단계에서 시간이 지남에 따라 분출이 격렬하게 감소하는 것을 보기 전에 설명했습니다.

Van Eaton은 "절정 단계의 마지막 헐떡거림을 알아낼 수 있다는 것은 화산재 배출과 대기를 통한 이동을 예측해야 하는 사람들에게 정말 도움이 됩니다."라고 말했습니다.

폭발 후 며칠 동안 Hunga Tonga-Hunga Ha'apai에서 생성된 거대한 화산재 구름은 서쪽으로 약 3,000km 떨어진 호주까지 바람에 휩쓸렸습니다 . 화산재는 떨어지는 물 공급에 영향을 미치고 구호 노력을 방해할 수 있습니다.

화산재로 인한 중단은 항공사에도 막대한 비용이 듭니다. 예를 들어, 2010년 아이슬란드 화산 Eyjafjallajökull의 폭발은 항공 산업에 약 11억 파운드 (미화 14억 달러)의 손실을 입혔습니다.

특히 원격 해저 화산의 경우 분출이 시작될 때 화산 기둥에 대한 신뢰할 수 있는 정보를 얻는 것은 현재 어렵습니다. 그러나 Hunga Tonga-Hunga Ha'apai의 데이터는 기상학자가 화산재 구름 발달 및 이동을 포함하여 폭발적인 화산 활동으로 인한 항공 관련 위험을 모니터링하고 "nowcast"하는 데 도움이 될 수 있습니다.

과학자들은 Hunga Tonga-Hunga Ha'apai 규모의 분출이 다시 일어날 가능성이 높다고 말하면서 이것을 이해하는 것이 중요합니다. 그리고 위협은 연구원들 사이의 협력을 촉진하고 있습니다.

British Geological Survey Keyworth의 화산에 의해 유발된 쓰나미 전문가이자 통가 왕국의 전 수석 지질학자인 David Tappin은 Hunga Tonga-Hunga Ha'apai 분화의 예상치 못한 성격이 볼륨 화산 분출은 과소 평가됩니다.

Tappin 은 전 세계적으로 Hunga Tonga-Hunga Ha'apa i 만큼 장엄하게 폭발할 가능성이 있는 약 42개의 화산이 있다고 말합니다. 이 기록적인 폭발은 더 많은 것을 준비하기 위한 모닝콜 역할을 해야 하지만 우리는 이러한 사건의 영향에 대해 대체로 준비가 되어 있지 않다고 그는 말합니다.

Van Eaton은 "이 폭발은 우리 모두가 서로 대화하는 방식을 재구성하기 시작하는 전 세계적이고 광범위한 영향을 미쳤습니다."라고 덧붙입니다. Hunga Tonga-Hunga Ha'apai가 "광포해지기" 전에 몇 주 동안 낮은 수준의 연기가 발생했다고 그녀는 말합니다. "상당히 일반적인 분출이라도 언제든지 방향을 바꿀 수 있다는 것을 보여줍니다. 그리고 그것을 예측하거나 예측하는 것은 정말 쉬운 방법이 아닙니다."