Доказательства агрегации вулканического пепла in situ во время выпадения, полученные в совокупности наземными и БПЛА-наблюдениями

Почему выпадение пепла важно для нас

Когда вулкан извергается, пепел не просто разносится, как дым, и тихо оседает. То, как эти крошечные зерна слипаютcя в воздухе, определяет, где пепел окажется на земле, какова будет его толщина и кто или что окажется на его пути. Исследование на японском вулкане Сакурадзима впервые скомбинировало данные дронов и наземных приборов и показало, что зерна пепла при относительно слабых, повседневных извержениях быстро образуют более крупные агрегаты, что меняет наше понимание вулканического риска и качества воздуха.

Вулкан, который извергается почти каждый день

Сакурадзима — постоянно беспокойный вулкан, часто выпускающий невысокие шлейфы пепла, поднимающиеся менее чем на два километра над уровнем моря. Поскольку эти события скромнее по сравнению с крупными зрелищными извержениями, их часто воспринимают как рутинные. Тем не менее они почти ежедневно отправляют в небо над близлежащими населёнными пунктами как мелкий, так и крупный пепел. Исследователи сосредоточились на четырёх таких случаях в течение нескольких дней — от мягкой продувки пепла до слабых взрывов — чтобы проследить поведение пепла от жерла, через облако, до поверхности.

Наблюдение за падением пепла от неба до земли

Для отслеживания этого пути команда сочетала сеть наземных приборов с кастомной системой дрона. Камеры в километрах от вулкана измеряли высоту и движение шлейфа. Ближе к вулкану оптические наземные датчики фиксировали, сколько частиц приходило каждую минуту, их размер, скорость падения и даже наличие электрического заряда. Одновременно дрон зависал примерно в 500 метрах над точкой взлёта под дрейфующим облаком. На борту счётчики регистрировали число и размеры очень мелких взвешенных частиц, а липкие пластинки собирали зерна пепла в воздухе. Совпадение времён отбора проб и моделирование траекторий частиц позволило учёным сопоставить то, что дрон видел вверху, с тем, что в конце концов достигало поверхности.

Как зерна пепла слипаются

Проби и измерения показали, что пепел часто поступает не только в виде отдельных частиц, но и в виде кусков. При сухих или слегка влажных условиях зерна несли электрические заряды, которые способствовали их притяжению друг к другу, формируя рыхлые кластеры, преимущественно из мелкого пепла, обволакивающего или окружающего более крупные фрагменты. В дождливых условиях вода играла доминирующую роль, собирая пепел в более компактные гранулы и заполняя капли дождя пеплом. Во всех четырёх событиях доля пепла, найденная внутри агрегатов, была стабильно ниже в пробах с дрона, чем в наземных пробах, что указывает на то, что многие комки формируются в последние несколько сотен метров падения, а не только внутри основного облака.

Быстрые пути для очень мелкого пепла

Сами по себе крошечные зерна пепла должны медленно дрейфовать и оставаться в воздухе долгое время. Тем не менее счётчик частиц на дроне обнаружил резкие, кратковременные слои мелких частиц под облаком, а наземные приборы зарегистрировали всплески поступления пепла, которые не объяснялись простым оседанием. Модели траекторий подтвердили, что многие мелкие зерна не могли упасть поодиночке от шлейфа до точек отбора проб. Вместо этого они, вероятно, опускались в обогащённых пеплом «пальцах», отрывающихся от облака, и в растущих агрегатах, которые падают быстрее, чем одиночные зерна. По мере формирования и разрушения комков некоторые мелкие частицы остаются свободными, но всё равно достигают земли более эффективно, чем предсказывали бы модели индивидуального оседания.

Что это означает для людей, живущих рядом с вулканами

Для близлежащих сообществ это исследование показывает, что даже скромные ежедневные шлейфы могут приносить пепел на землю быстрее и ближе к жерлу, чем ожидалось, потому что зерна слипаются в полёте. Работа ясно показывает, что как электрические силы, так и жидкая вода значительно усиливают эту агрегацию, и что последние несколько сотен метров над поверхностью — особенно активная зона, где пепел быстро реорганизуется. Учет этих процессов в прогнозах распространения должен улучшить оценки того, где выпадет пепел, насколько загрязнённым может стать воздух и как долго частицы будут задерживаться, помогая планировщикам и жителям лучше справляться с постоянными воздействиями часто активных вулканов.

Цитирование: Thivet, S., Simionato, R., Fries, A. et al. In-situ evidence of volcanic ash aggregation during fallout from combined ground- and UAS-based observations. Sci Rep 16, 15083 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-45460-x

Ключевые слова: вулканический пепел, Сакурадзима, агрегация пепла, замеры дроном, выпадение тэфры