The characteristic electrostatic structure of eruptive clouds of strong explosive eruptions of the shiveluch and bezymyanny volcanoes (kamchatka peninsula)

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The analysis of the registered variations (anomalies) of the atmospheric electric potential gradient (PG) associated with the spread of eruptive clouds from the eruptions of the Shiveluch and Bezymyanny volcanoes (Kamchatka peninsula) is presented. Anomalies were recorded at different distances from the eruption centers and under different conditions of atmospheric stratification. Such conditions made it possible to show that a volumetric electrostatic structure is formed in the eruptive clouds of the Shiveluch and Bezymyanny volcanoes, which corresponds to the well-known phenomenological model proposed on the basis of studies conducted on various volcanoes of the world. According to this model, a positive volumetric electrostatic charge is formed in the upper part of the eruptive cloud, a negative one in the middle, and a positive one in the lower.

Full Text

Restricted Access

About the authors

R. R. Akbashev

Kamchatka Branch, Federal Research Center “Unified Geophysical Service, Russian Academy of Sciences”; Kamchatka State University named after Vitus Bering

Author for correspondence.
Email: arr@emsd.ru
Russian Federation, Petropavlovsk-Kamchatsky; Petropavlovsk-Kamchatsky

E. I. Malkin

Institute of Cosmophysical Research and Radio Wave Propagation FEB RAS

Email: arr@emsd.ru
Russian Federation, Paratunka village, Yelizovsky district, Kamchatka region

N. V. Cherneva

Institute of Cosmophysical Research and Radio Wave Propagation FEB RAS

Email: arr@emsd.ru
Russian Federation, Paratunka village, Yelizovsky district, Kamchatka region

References

  1. Близнецов В.Е., Сенюков С.Л. Программа ADAP для автоматического выделения пепловых выбросов и расчета их высоты по сейсмологическим данным // Сейсмические приборы. 2015. Т. 51. № 1. С. 46–59.
  2. Гирина О.А., Маневич А.Г., Мельников Д.В. и др. Активность вулканов Камчатки и Северных Курил в 2016 г. по данным KVERT // Материалы XX региональной научной конференции “Вулканизм и связанные с ним процессы”, посвященной Дню вулканолога, 30–31 марта 2017 г. Петропавловск-Камчатский: ИВиС ДВО РАН, 2017. С. 8–10.
  3. Горшков Г.С., Богоявленская Г.Е. Вулкан Безымянный и особенности его последнего извержения 1955–1963 г. М.: Наука, 1965. 170 с.
  4. Ефимов В.А., Орешкин Д.М., Фирстов П.П. и др. Применение электростатического флюксметра ЭФ-4 для исследований геодинамических процессов // Сейсмические приборы. 2013. Т. 49. № 4. С. 35–46.
  5. Малкин Е.И., Чернева B.И., Махлай Д.О. и др. Дистанционные методы наблюдений за извержениями вулканов Шивелуч и Безымянный // Вестник КРАУНЦ. Сер.: Физ.-мат. науки. 2023. Т. 43. № 2. C. 141–165. ISSN 2079-6641. https://doi.org/10.26117/2079-6641-2023-43-2-141-165
  6. Руленко О.П. Экспериментальное исследование электризации вулканических облаков / Автореф. дис. … кандидата физ.-мат. наук. СПб., 1994. 16 с.
  7. Руленко О.П., Климин Н.Н., Дъяконова И.И., Кирьянов В.Ю. Исследования электризации облаков, создаваемых распылением вулканического пепла // Вулканология и сейсмология. 1986. № 5. С. 17–29.
  8. Руленко О.П., Токарев П.И. Атмосферно-электрические эффекты Большого трещинного Толбачинского извержения в июле–октябре 1975 г. // Бюлл. вулканол. станций. 1979. № 56. С. 96–102.
  9. Фирстов П.П., Котенко Т.А., Акбашев Р.Р. Усиление эксплозивной активности вулкана Эбеко в апреле–июне 2020 г. // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2020. № 2. Вып. 46. С. 10–15.
  10. doi: 10.31431/1816-5524-2020-2-46-10-15
  11. Фирстов П.П., Акбашев Р.Р., Холзворт Р.И др. Атмосферно-электрические эффекты во время эксплозии вулкана Шивелуч 16 ноября 2014 г. // Известия РАН. ФАО. 2017. Т. 53. № 1. С. 29–37.
  12. Фирстов П.П., Акбашев Р.Р., Жаринов Н.А. и др. Электризация эруптивных облаков вулкана Шивелуч в зависимости от характера эксплозий // Вулканология и сейсмология. 2019. № 3. С. 49–62. https://10.31857/S0205-96142019349-62
  13. Чернева Н.В., Пономарев Е.А, Фирстов П.П., Бузевич А.В. Базовые модели источников вариаций вертикальной компоненты атмосферного электрического поля // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2007. № 2. Вып. 10. С. 60–64.
  14. Aizawa K., Cimarelli C., Alatorre-Ibarguengoitia M.A. et al. Physical properties of volcanic lightning: constraints from magnetotelluric and video observations at Sakurajima volcano, Japan // Earth Planet. Sci. Lett. 2016. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2016.03.024
  15. Akbashev R.R., Firstov P.P., Cherneva N.V. Recording of atmospheric electrical potential gradient in the central part of Kamchatka peninsula // E3S Web Conf. 2018. V. 62. P. 1–8.
  16. doi.org/10.1051/e3sconf/20186202013
  17. Akbashev R.R., Firstov P.P., Budilov D.I., Zavodevkin I.A. Monitoring the Potential Gradient of the Electric Field the Atmosphere on the Kamchatka Peninsula and on the Paramushir Island (Kuril Islands) // Conference Materials II International Scientific Conference CAMSTech-II 2021 // Advances in Materials, Systems and Technologies. 2021. Camstech-II-6016. https://doi.org/10.1063/5.0092738
  18. Aplin K.L., Bennett A.J., Harrison R.G., Houghton I.M.P. Electrostatics and in situ sampling of volcanic plumes // Chapter 6 – Volcanic ash: Hazard observation and monitoring. Amsterdam: Elsevier, 2016. P. 99–113. ISBN: 978-0-081004050
  19. Alois S., Merrison J., Iversen J.J., Sesterhenn J. Contact electrification in aerosolized monodispersed silica microspheres quantified using laser based velocimetry // J. Aerosol Sci. 2017. doi: 10.1016/j.jaerosci.2016.12.003
  20. Aplin K.L., Houghton I.M.P., Nicoll K.A. Electrical charging of ash in Icelandic volcanic plumes // XV International Conference on Atmospheric Electricity, 15–20 June 2014, Norman, Oklahoma, U.S.A, 2014.
  21. Arason P., Bennett A.J., Burgin L.E. Charge mechanism of volcanic lightning revealed during the 2010 eruption of Eyjafjallajökull // J. of Geophys. Res. 2011. V. 116. B00C03. https://doi.org/10.1029/2011JB008651
  22. Behnke S.A., Thomas R.J., McNutt S.R. et al. Observations of volcanic lightning during the 2009 eruption of Redoubt Volcano // J. Volcanol. Geotherm. Res. 2013. V. 259. P. 214–234.
  23. Behnke S., Bruning E. Changes to the turbulent kinematics of a volcanic plume inferred from lightning data: Plume turbulence and lightning // Geophys. Res. Lett. 2015. doi: 10.1002/2015GL064199
  24. Behnke S., Edens H., Thomas R. et al. Investigating the origin of continual radio frequency impulses during explosive volcanic eruptions // J. of Geophys. Res.: Atmospheres. 2018. doi: 10.1002/2017JD027990
  25. Cimarelli C., Alatorre Ibargüengoitia M.A., Aizawa K. et al. Multiparametric observation of volcanic lightning: Sakurajima volcano, Japan // Geophys. Res. Lett. 2016. doi: 10.1002/2015GL067445
  26. Dowden R.L., Brundell J.B., Rodger C.J. VLF lightning location by time of group arrival (TOGA) at multiple sites // J. of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2002. V. 64. № 7. P. 817–830. doi: 10.1016/S1364-6826(02)00085-8
  27. 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. V. 2. P. 95–104. doi: 10.26117/2079-6641-2019-27-2-95-104
  28. Firstov P.P., Akbashev R.R., Malkin E.I. et al. Atmospheric electrical effects during a strong explosive eruption of Bezymyanniy volcano (Kamchatka Peninsula, Russia) on December 20, 2017 // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science (EES). 2021.
  29. Firstov P.P., Malkin E.I., Akbashev R.R. et al. Registration of atmospheric–electric effects from volcanic clouds on the Kamchatka Peninsula (Russia) // Atmosphere. 2020. V. 11. № 6. http://doi: org/10.3390/atmos11060634
  30. Firstov P.P., Cherneva N.V., Akbashev R.R. et al. Atmospheric-electric effects from volcano eruptions on Kamchatka peninsula (Russia) // Proc. SPIE 11208, 25th International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics. 2019. 1120874. doi.org/10.1117/12.2540356
  31. Girina O.A., Loupian E.A., Melnikov D.V. et al. Bezymianny volcano eruption on December 20 // Current problems in remote sensing of the Earth from Space. 2018. P. 88–99.
  32. James M.R., Lane S.J., Gilbert J.S. Volcanic plume electrification – Experimental investigation of fracture charging mechanism // J. Geophys. Res. 2000. V. 105. № B7. P. 641–649. doi.org/10.1029/2000JB900068
  33. Lacks D.J., Levandovsky A. Effect of particle size distribution on the polarity of triboelectric charging in granular insulator systems // J. of Electrostatics. 2007. V. 65. № 2. P. 107–112. doi.org/10.1016/j.elstat.2006.07.010
  34. Lane S.J., Gilbert J.S. Electric potential gradient changes during explosive activity at Sakurajima volcano, Japan // Bull. of Volcanology. 1992. V. 54. P. 590–594.
  35. Malkin E.I., Cherneva N.V., Firstov P.P. et al. 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
  36. Mather T.A., Harrison R.G. Electrification of volcanic plumes // Surveys in Geophicsis. 2006. V. 27. P. 387–432.
  37. Mendez Harper J., Cimarelli C., Cigala V. et al. Charge injection into the atmosphere by explosive volcanic eruptions through triboelectrification and fragmentation charging // Earth and Planet. Sci. Lett. 2021. V. 574.
  38. Retrieved from https: www.sciencedirect.com/ science/article/pii/S0012821X21004179, DOI: https://doi.org/10.1016/j.epsl.2021.117162
  39. Meng Z., Tianjun Zh., Wenmin M., Xiaolong Ch., Jian L., Fei L., Chaochao G. Volcanoes and Climate: Sizing up the Impact of the Recent Hunga Tonga-Hunga Ha’apai Volcanic Eruption from a Historical Perspective // Advances in Atmospheric Sciences. 2022. doi: 10.1007/s00376-022-2034-1
  40. Miura T., Koyaguchi T., Tanaka Y. Measurements of electric charge distribution in volcanic plumes at Sakurajima volcano Japan // Bull. of Volcanology. 2002. V. № 64. P. 75–93.
  41. Mueller S.B., Ayris P.M., Wadsworth F.B. et al. Ash aggregation enhanced by deposition and redistribution of salt on volcanic ash surfaces in eruption plumes // Sci. Rep. 2017. 7 Аrticle number: 45762.
  42. Shevtsov B.M., Firstov P.P., Cherneva N.V. et al. Lightning and electrical activity during the Shiveluch volcano eruption on 16 November 2014 // Nat. Hazard Earth Syst. Sci. 2016. V. 16. P. 871–874. doi: 10.5194/nhessd-16-871-2016
  43. Smitha C.M., VanEaton A.R., Charbonnier S. et al. Correlating the electrification of volcanic plumes with ash fall textures at Sakurajima Volcano, Japan // Earth and Planet. Sci. Lett. 2018. 492 P. 47–58. doi.org/10.1016/j.epsl.2018.03.052
  44. Thomas R.J., Krehbiel P., Rison W. et al. Lightning and Electrical Activity during the 2006 Eruption of Augustine Volcano // The 2006 Eruption of Augustine Volcano, Alaska. U.S. Geological Survey. 2007. Ch. 25. P. 579–608.
  45. Van Eaton A.R., Schneider D.J., Smith C.M. et al. Did ice-charging generate volcanic lightning during the 2016–2017 eruption of Bogoslof volcano, Alaska? // Bull. of Volcanology. 2020. V. 82. doi: 10.1007/s00445-019-1350-5

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Layout of V' EPA registration points on the Kamchatka Peninsula.

Download (353KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Monitoring data of the explosive eruption and the spread of the eruptive cloud.

Download (353KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Fragments of the recording of the gradient of the electric field potential in KZY during the spread of the eruptive cloud from the eruption of Shiveluch on 16.11.2014.

Download (100KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Monitoring data of the explosive eruption and the spread of the eruptive cloud.

Download (650KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Recording of the air wave accompanying the eruption on June 14, 2017, at acoustic stations (a – KLY; b – KZY; c – IS44).

Download (157KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Data from the registration of electromagnetic disturbances accompanying the eruption of Shiveluch on June 14, 2017.

Download (227KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Monitoring data of the explosive eruption and the spread of the eruptive cloud.

Download (607KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Data from the registration of electromagnetic disturbances accompanying the eruption of Mount Bezymyanny on 20.12.2017.

Download (266KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Monitoring data of explosive eruption and spread of eruptive cloud.

Download (452KB)
Indexing metadata
11. Fig. 10. Data from the registration of electromagnetic disturbances accompanying the eruption of V. Bezymyanny on March 15, 2022.

Download (325KB)
Indexing metadata
12. Fig. 11. Phenomenological schemes of charge separation in an eruptive cloud: in the near zone from the volcano crater [Rulenko, 1994] (a); schemes of charge separation during the formation of a volcanic plume under the action of wind, according to [Lane, Gilbert, 1992] (b); charge separation in eruptive clouds based on field observations at Sakurajima volcano according to [Miura et al., 2002] (c).

Download (196KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».