Физики объяснили зеленые закаты после извержения Кракатау в 1883 году

Кадр из фильма «Кракатау, к востоку от Явы» (1969 год),. Кинокартина посвящена извержению вулкана Кракатау в Индонезии в 1883 году / © UNIVERSAL HISTORY ARCHIVE

Иногда после мощного извержения вулкана могут наблюдаться так называемые зеленые «вулканические» закаты, причем даже в далеких от извержения районах — буквально на другом конце света. В своей статье группа немецких ученых рассказала, что именно вызывает такое явление и с какой периодичностью оно происходит.

Кракатау — действующий вулкан, который находится на одноименном острове в Индонезии. За свою историю он извергался не раз, но самое мощное извержение произошло в августе 1883 года.

Тогда в небо поднялся 28-километровый столб раскаленных газов и пепла, а извержение сопровождалось взрывами, громкость звука достигала 310 децибел (граница болевого порога для человека — 110–120 децибел). Звук был слышен за несколько тысяч километров от эпицентра — даже в Австралии. При такой интенсивности звука у людей, находящихся на расстоянии 60 километров от Кракатау, разрывались барабанные перепонки. Кроме того, извержение вызвало цунами, в узостях достигавшее высоты до 36 метров. Взрывная волна семь раз облетела земной шар, ученые регистрировали эхо от взрыва на протяжении 15 дней.

Когда вулкан успокоился, большая часть острова Кракатау и окружающего его архипелага превратилась в кальдеру — вулканическую котловину. В эту дыру хлынуло море.

По разным оценкам, Кракатау выбросил материал объемом 18 кубических километров. Огромное количество вулканической пыли и газов, прежде всего оксида серы, оказалось в атмосфере. Через несколько месяцев после извержения люди по всему миру наблюдали яркие зеленые закаты, которые еще называют «вулканическими».

Например, о таком явлении сообщалось в отчетах Лондонского королевского общества, кроме того, зеленые закаты задокументировал английский метеоролог XIX века Ролло Рассел (Rollo Russel). В его записи от 25 ноября 1883 года говорилось: «Сегодня на закате наблюдал яркое зеленовато-белое свечение, которое усилилось примерно через 10 минут после захода солнца».

Ученые давно знали, что причина вулканических закатов (в том числе и фиолетово-красных) — аэрозоли, которые рассеивают солнечное излучение. Однако свойства этих твердых частиц, ответственных за зеленый цвет заката, долгое время оставались неизвестными.

Группа немецких физиков под руководством Кристиана фон Савиньи (Christian von Savigny) из Грайфсвальдского университета приблизилась к ответу на этот вопрос. Ученые смоделировали событие августа 1883 года. Затем с помощью программы SCIATRAN, предназначенной для моделирования рассеяния в атмосфере солнечного света вулканическими аэрозолями на различных длинах волн, исследователи определили параметры твердых частиц, при которых появляются зеленые закаты. Результаты работы опубликованы в журнале Atmospheric Chemistry and Physics.

Выяснилось, что небо становится зеленым через несколько месяцев после извержения вулкана при совпадении ряда факторов.

Во-первых, необходим определенный размер частичек сульфатного аэрозоля в стратосфере — от 500 до 700 нанометров. Модель показала, что именно такой диапазон размеров связан с наиболее выраженным аномальным рассеянием длины волны зеленого спектра (находится в области от 495 до 570 нанометров).

Во-вторых, аэрозольная оптическая толщина, параметр, который применяется для оценки ослабления солнечной радиации аэрозолем, должна равняться значению 0,2–0,3.

Схема геометрии наблюдений. На ней изображено расположение Солнца, а также зенитный угол Солнца (SZA), азимутальный угол (SAA), зенитный угол горизонта (VZA) / © Christian von Savigny

В-третьих, общее значение столба стратосферного озона должно составлять 400 единиц Добсона. Кроме того, необходим конкретный диапазон так называемого зенитного угла Солнца — от 91 до 98 градусов. Высота солнца над горизонтом определяется зенитным углом — это угол между солнечным лучом и вертикалью.

В последний раз зеленый «вулканический» закат люди наблюдали именно после извержения Кракатау в 1883 году. То есть это достаточно редкое физическое явление. Авторы работы изучили ледяные керны, которые сохранили свидетельства вулканических извержений, и подсчитали, что извержение, достаточно мощное, чтобы вызвать зеленые закаты, происходит примерно раз в столетие.