טורבולנטיות ודינמיקת חלקיקים בעננים וולקניים באטמוספירות לחות

מדוע הרי געש לחים חשובים

כשאנחנו מדמיינים התפרצות וולקנית, נוטים להתמקד באש, אפר ולבה. אבל בינואר 2022 הוסיפה התפרצות הונגה טונגה–הונגה הא’אפש משהו בלתי שגרתי לתמונה: כמות עצומה של מים, שנדחפה גבוה אל יתר האטמוספירה יותר ממה שנצפה קודם. הלחות הזו סייעה להניע ברקים שוברי שיאים ואת ענן בצורת-פטריה עצום שעטף חצי יבשת. המחקר הזה שואל שאלה מפתיעה בפשטות שלה אך בעלת תוצאות רחבות עבור תעופה, אקלים והתרעות סכנה: כיצד לחות נוספת באוויר ובערבוב התפרצות משפיעה על האופן שבו ענן וולקני מתפתח, מערבל ומתמלא בברק?

פיצוץ שובר שיאים מעל האוקיינוס

החוקרים לוקחים כנקודת פתיחה את אירוע הונגה טונגה–הונגה הא’אפש (HTHH) מ-2022. הרי הים הזה יצר אחת מההתפרצויות החזקות ביותר שנמדדו על-ידי כלים מודרניים, ושלח עמוד חומר מורה לגובה של בערך 57–58 קילומטרים שהתפשט לענן בצורת מטריה ברוחב של כ-400 קילומטרים בתוך פחות משעה. באופן יוצא דופן, ההתפרצות שאבה כמויות אדירות של אדי מים לשכבות אטמוספיריות שבדרך-כלל יובשות מאוד. במקביל, רשתות גילוי ברקים רשמו כמעט 400,000 ניצוצות בתוך כ-שש שעות, רבים מהם מסודרים ב״טבעות״ בולטות סביב עמוד ההתפרצות. נתוני בלוני מזג אוויר מאוחרים יותר הראו שאחרי השלב הראשון של ההתפרצות נעשה האוויר בעשרות הקילומטרים מעלה לח הרבה יותר לח, והכין את הקרקע לסדרה שנייה של פעימות נפיצה.

מעקב אחר טבעות אור לתנועות נסתרות

אותן טבעות ברק התגלו כיותר מסקרנות בלבד. משום שעשן אפר עבה חוסם מבט ישיר אל לב העמוד, תבנית הברקים מספקת חלון נדיר אל תנועות המערבולות הבלתי נראות — אדיזים, טבעות וורטקס וסחרורים טורבולנטיים — בפנים. עבודות קודמות הציעו כי טורבולנציה בתוך ענן המטריה דוחפת חלקיקי אפר וקרח לאזורים בצורת טבעת, שם הם מתנגשים בתדירות גבוהה יותר וצוברים מטען חשמלי שגורם לברק. עם זאת, המודלים הקודמים התייחסו לאטמוספירה כיבשה, אף כי HTHH התרחשה בסביבה רוויה בלחות. המחקר החדש בוחן כיצד הלחות, הן באוויר הסובב והן בתערובת המתפרצת, מעצבת מחדש את אותן טבעות טורבולנטיות, משפיעה על גובה העמוד ומשנה את תנועת והתנגשויות החלקיקים.

בניית מהר געש דיגיטלי בשמיים לחים

לצורך כך השתמשה הקבוצה בסימולציות ממוחשבות תלת-ממדיות ברזולוציה גבוהה של אטמוספירה יציבה ומלוכדת לחה, שאליה הזריקו מהתחתית "התפרצות" רציפה ופשוטה. במקום לשחזר כל פרט ליד פתח הר הגעש, הם התרכזו באזור המטריה שבו הענן מתפזר ומייצר את רוב הברקים. המודל שלהם יכול לכוונן באופן עצמאי כמה לח האוויר וכמה מים נישאים בתוך העמוד, מה שמאפשר להשוות עולמות "יבשים" ו"רטובים" תוך שמירה על עוצמת ההתפרצות הכללית דומה. מיליוני חלקיקים וירטואליים, המייצגים אפר וקרח בשתי גדלים, נתוּחקו בזמן שקומו, התפשטו והצטברו. על-ידי ספירת התדירות שבה חלקיקים מהירים ואיטיים חופפים באזורים טורבולנטיים, הצליחו המדענים לאמוד היכן ההתנגשויות — ומכאן החשמליות — יהיו הכי עזות.

כיצד לחות נוספת לוחצת ומרימה את הענן

הסימולציות חושפות סיפור עקבי. כאשר הלחות עולה, בין אם כי האוויר הסובב רווי יותר או כי העמוד עצמו נושא יותר מים, מתרחשת העבה קונדנסציה בגובה נמוך יותר ומשתחרר חום נוסף. זה מגביר את ציפה העמוד העולה ושולח חלקיקים לגבהים גדולים יותר — עד כ-60 קילומטרים או יותר במקרים הרטובים ביותר. במקביל, האדיזים הטורבולנטיים החזקים ביותר וטבעת החלקיקים המרוכזת נעים פנימה, קרוב יותר לציר ההתפרצות. בתנאים יחסית יבשים הטבעת הטורבולנטית העיקרית נוצרה בסביבות 40 קילומטר מהפתח, בדומה לטבעת הברקים הרחבה שנראתה במהלך המכת HTHH הראשונה. בתרחישים לחים יותר הטבעת התכווצה לכ-20 קילומטר, בהתאמה לטבעת הצפופה שנצפתה בשלבי השני, שהתפרצה לאטמוספירה שכבר הושרתה על-ידי המכת הקודמת. הפצת הענן בכיוון האופקי גם מאטה כשהלחות עולה, כשהרוחב מוחלף בגובה ובמערבולות פנימיות עזות יותר.

גלים, תנודות ומה שהברק יכול לספר לנו

מאפיין נוסף שמתברר בסימולציות הוא נדנוד עדין בדמות גלים בראש העמוד. תנודות גלי הכבידה האלה, בעלות מחזורים של כמה דקות, בולטות יותר במקרים לחים ומווסתות את הגבהים שהחלקיקים מגיעים אליהם. עם זאת המקומות שבהם ההתנגשויות בשיאן עדיין מסתדרים בעיקר עם כיסים של טורבולנציה עזה, ולא רק עם הגלים. בסך-הכל התוצאות תומכות ברעיון שתבניות ברק — ובעיקר טבעות — יכולות לשמש כמדד בזמן-אמת לתכונות הנסתרות של העמוד, כגון עוצמת הטורבולנציה, תכולת הלחות והתפלגות אפר וקרח. זה, בתורו, עשוי לסייע למדענים להסיק כיצד התפרצות מתפתחת גם כשנתוני ראייה ישירים נחסמים על-ידי עננים קודמים, חשיכה או מרחק.

מה משמעות הדבר עבור התפרצויות עתידיות

לא-מומחה המסר המרכזי הוא שמים אינם רק נוסעים בהתפרצויות ענק — הם מניעים פעילות. לחות יכולה להעלות עננים וולקניים לגבהים גדולים יותר, ללחוץ את ליבותיהם הטורבולנטיות פנימה ולעצב מחדש היכן חלקיקים מתנגשים ומאירהם בברק. התפרצות הונגה טונגה סיפקה ניסוי טבעי בסטרטוספירה יוצאת דופן מבחינת רטיבות, והמחקר הזה מראה כיצד תנאים כאלה יכולים להשאיר חותם ברור בטבעות הברק ובהתנהגות העמוד. בעתיד, שילוב בין מודלים כמו זה לנתוני לוויין וברק עשוי לאפשר הערכות מהירות יותר של עוצמת התפרצות וסיכונים, ולשפר התרעות לתעופה ולקהילות שמתחת לעננים רמים ולחים אלה שמקורם מתחת לים.

ציטוט: Zapata, F., Mininni, P.D., Ravichandran, S. et al. Turbulence and particle dynamics in volcanic clouds in humid atmospheres. Sci Rep 16, 8111 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39193-0

מילות מפתח: ברק וולקני, ענני כַָָֹֹֹֹֹֹֹֹֹֹֹֹֹֹֹֹֹֹֹֹֹֹֹֹֹּּּּּאב, לחות אטמוספירית, טורבולנציה, התפרצות הונגה טונגה