وصل ثوران بركان هونغ تونغا – هونغ هاباي إلى ذروة متفجرة في 15 يناير 2022.
أدى إطلاقه السريع للطاقة إلى حدوث تسونامي محيطي تسبب في أضرار بعيدة مثل الساحل الغربي للولايات المتحدة ، لكنه ولّد أيضًا موجات ضغط في الغلاف الجوي انتشرت بسرعة في جميع أنحاء العالم.
كان نمط الموجة في الغلاف الجوي القريب من الثوران معقدًا للغاية ، ولكن على بعد آلاف الأميال بدا وكأنه جبهة موجة معزولة تنتقل أفقياً بسرعة تزيد عن 650 ميلاً في الساعة أثناء انتشارها للخارج.
وقال جيمس جارفين من ناسا ، كبير العلماء في مركز جودارد لرحلات الفضاء ، لـ NPR إن وكالة الفضاء قدرت الانفجار بحوالي 10 ميغا طن من مكافئ مادة تي إن تي ، أي حوالي 500 مرة أقوى من القنبلة التي ألقيت على هيروشيما باليابان ، خلال كلمة العالم الثانية. من الأقمار الصناعية التي تراقب بأجهزة استشعار الأشعة تحت الحمراء أعلاه ، بدت الموجة وكأنها تموج ناتج عن سقوط حجر في بركة.
تم تسجيل النبض على أنه اضطرابات في الضغط الجوي استمرت عدة دقائق أثناء تحركه فوق أمريكا الشمالية والهند وأوروبا والعديد من الأماكن الأخرى حول العالم. عبر الإنترنت ، تابع الناس تقدم النبض في الوقت الفعلي حيث نشر المراقبون ملاحظاتهم البارومترية على وسائل التواصل الاجتماعي. انتشرت الموجة في جميع أنحاء العالم وعادت في حوالي 35 ساعة.
أنا عالم أرصاد جوية درست اهتزازات الغلاف الجوي العالمي لما يقرب من أربعة عقود. كان توسع جبهة الموجة من ثوران تونغا مثالًا رائعًا بشكل خاص لظاهرة الانتشار العالمي للموجات الجوية ، والتي شوهدت بعد أحداث انفجارية تاريخية أخرى ، بما في ذلك التجارب النووية.
كان هذا الانفجار البركاني قوياً للغاية لدرجة أنه تسبب في رنين الغلاف الجوي مثل الجرس ، على الرغم من تردده المنخفض للغاية بحيث لا يمكن سماعه. إنها ظاهرة تم وضع نظرياتها لأول مرة منذ أكثر من 200 عام.
كراكاتوا ، 1883
تم إنتاج أول موجة ضغط من هذا القبيل والتي جذبت الانتباه العلمي من خلال الثوران العظيم لجبل كراكاتوا في إندونيسيا في عام 1883.
تم الكشف عن نبض موجة كراكاتوا في الملاحظات البارومترية في مواقع في جميع أنحاء العالم. كان التواصل أبطأ في تلك الأيام ، بالطبع ، ولكن في غضون بضع سنوات ، جمع العلماء الملاحظات الفردية المختلفة وتمكنوا من رسم خريطة لانتشار جبهة الضغط في الساعات والأيام التي أعقبت الانفجار.
انتقلت جبهة الموجة إلى الخارج من كراكاتوا وشوهدت وهي تقوم بثلاث رحلات كاملة على الأقل حول العالم. نشرت الجمعية الملكية في لندن سلسلة من الخرائط التي توضح انتشار جبهة الموجة في تقرير شهير عام 1888 عن الانفجار.
الموجات التي شوهدت بعد كراكاتوا أو ثوران تونغا الأخير هي موجات صوتية منخفضة التردد للغاية. يحدث الانتشار عندما تنتج تغيرات الضغط المحلي قوة على الهواء المجاور ، والتي تتسارع بعد ذلك ، مما يتسبب في تمدد أو انضغاط مع تغيرات الضغط المصاحبة ، والتي بدورها تدفع الهواء لمسافة أبعد على طول مسار الموجة.
في تجربتنا العادية مع الموجات الصوتية ذات التردد العالي ، نتوقع أن ينتقل الصوت في خطوط مستقيمة ، على سبيل المثال ، من صاروخ متفجر للألعاب النارية مباشرة إلى أذن المتفرج على الأرض. لكن نبضات الضغط العالمية هذه لها خاصية الانتشار أفقيًا فقط ، وبالتالي فهي تنحني لأنها تتبع انحناء الأرض.
نظرية الموجات التي تعانق الأرض
منذ أكثر من 200 عام ، تنبأ عالم الرياضيات والفيزياء والفلك الفرنسي الكبير بيير سيمون دي لابلاس بمثل هذا السلوك.
بنى لابلاس نظريته على المعادلات الفيزيائية التي تحكم حركات الغلاف الجوي على نطاق عالمي. وتنبأ بضرورة وجود فئة من الحركات في الغلاف الجوي تنتشر بسرعة ولكنها تعانق سطح الأرض. أظهر لابلاس أن قوى الجاذبية والطفو في الغلاف الجوي تفضل حركات الهواء الأفقية بالنسبة لحركات الهواء الرأسية ، وأحد التأثيرات هو السماح لبعض موجات الغلاف الجوي بتتبع انحناء الأرض.
بالنسبة لمعظم القرن التاسع عشر ، بدت هذه فكرة مجردة إلى حد ما. لكن بيانات الضغط بعد ثوران بركان كراكاتوا عام 1883 أظهرت بطريقة دراماتيكية أن لابلاس كان صحيحًا وأن هذه الحركات التي تعانق الأرض يمكن أن تكون متحمسة وستنتشر على مسافات هائلة.
يستخدم فهم هذا السلوك اليوم للكشف عن الانفجارات النووية البعيدة. لكن الآثار الكاملة لنظرية لابلاس على اهتزاز خلفية الغلاف الجوي العالمي لم يتم تأكيدها إلا مؤخرًا.
يرن مثل الجرس
الاندفاع الذي يجعل الغلاف الجوي يرن مثل الجرس هو أحد مظاهر الظاهرة التي وضعها لابلاس نظريًا. تظهر نفس الظاهرة أيضًا مثل الاهتزازات العالمية للغلاف الجوي.
هذه التذبذبات العالمية ، المشابهة لتدفق الماء ذهابًا وإيابًا في حوض الاستحمام ، لم يتم اكتشافها بشكل قاطع إلا مؤخرًا.
يمكن للأمواج أن تربط الغلاف الجوي بسرعة عبر الكرة الأرضية بأسرها ، مثل الأمواج التي تنتشر من خلال آلة موسيقية ، مثل وتر الكمان أو جلد الطبلة أو الجرس المعدني. يمكن للغلاف الجوي أن “يصدر رنينًا” عند مجموعة من الترددات المميزة.
في عام 2020 ، تمكنت أنا وزميلي في جامعة كيوتو تاكاتوشي ساكازاكي من استخدام الملاحظات الحديثة لتأكيد آثار نظرية لابلاس على الاهتزازات المتماسكة عالميًا للغلاف الجوي. بتحليل مجموعة بيانات تم إصدارها حديثًا للضغط الجوي كل ساعة لمدة 38 عامًا في مواقع في جميع أنحاء العالم ، تمكنا من تحديد الأنماط والترددات العالمية التي افترضها لابلاس والآخرون الذين تبعوه.
هذه التذبذبات العالمية في الغلاف الجوي منخفضة التردد لدرجة يصعب معها سماعها ، لكنها متحمسة باستمرار من قبل جميع الحركات الأخرى في الغلاف الجوي ، مما يوفر “ موسيقى خلفية ” لطيفة للغاية ولكنها مستمرة لتقلبات الطقس الأكثر دراماتيكية في غلافنا الجوي.
– المؤلف من جامعة هاواي
