كان ثوران بركان تونغا شديدًا لدرجة أنه تسبب في رنين الغلاف الجوي مثل الجرس

وصل ثوران بركان هونغ تونغا-هونغ هاباي إلى ذروة متفجرة في 15 يناير 2022. أدى إطلاقه السريع للطاقة (يفتح في علامة تبويب جديدة) إلى حدوث تسونامي في المحيط تسبب في أضرار بعيدة مثل الساحل الغربي للولايات المتحدة ، ولكنه أيضًا ولّدت موجات ضغط في الغلاف الجوي تنتشر بسرعة حول العالم.

كان نمط الموجة الجوية القريبة من الثوران معقدًا للغاية (يفتح في علامة تبويب جديدة) ، ولكن على بعد آلاف الأميال ، ظهر كموجة معزولة تتحرك أفقيًا بسرعة تزيد عن 650 ميلاً في الساعة (تفتح في علامة تبويب جديدة) أثناء انتشارها للخارج.

قال جيمس جارفين من ناسا ، كبير العلماء في مركز جودارد لرحلات الفضاء ، لـ NPR إن وكالة الفضاء قدرت الانفجار (يفتح في علامة تبويب جديدة) بحوالي 10 ميغا طن من مكافئ مادة تي إن تي ، أي حوالي 500 مرة أقوى من القنبلة التي أسقطت على هيروشيما ، اليابان ، خلال كلمة العالم الثاني. 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 حول العالم كله وعادت في حوالي 35 ساعة.

أنا متخصص في الأرصاد الجوية (يفتح في علامة تبويب جديدة) وقد درس تذبذبات الغلاف الجوي العالمي (يفتح في علامة تبويب جديدة) لما يقرب من أربعة عقود (يفتح في علامة تبويب جديدة). 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 نشأت لأول مرة منذ أكثر من 200 عام.

كراكاتوا ، 1883

أول موجة ضغط جذبت الاهتمام العلمي نتجت عن الانفجار العظيم لجبل كراكاتوا في إندونيسيا عام 1883.

تم الكشف عن نبضة موجة كراكاتوا في الملاحظات البارومترية في مواقع في جميع أنحاء العالم. كان الاتصال أبطأ في تلك الأيام ، بالطبع ، ولكن في غضون بضع سنوات ، جمع العلماء الملاحظات الفردية المختلفة وتمكنوا من رسم خريطة انتشار جبهة الضغط (يفتح في علامة تبويب جديدة) في الساعات والأيام التالية ثوران البركان.

انتقلت مقدمة الموجة للخارج من كراكاتوا ولوحظت وهي تقوم بثلاث رحلات كاملة على الأقل حول العالم (يفتح في علامة تبويب جديدة). نشرت الجمعية الملكية في لندن سلسلة من الخرائط التي توضح انتشار جبهة الموجة في تقرير شهير عام 1888 عن الانفجار البركاني.

الموجات التي شوهدت بعد كراكاتوا أو ثوران تونغا الأخير هي موجات صوتية منخفضة التردد للغاية. يحدث الانتشار عندما ينتج عن تغيرات الضغط المحلي قوة على الهواء المجاور ، والتي تتسارع بعد ذلك ، مما يتسبب في تمدد أو ضغط 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 عن الموجات التي تعانق الأرض

منذ أكثر من 200 عام ، توقع عالم الرياضيات والفيزياء والفلك الفرنسي الكبير بيير سيمون دي لابلاس (يفتح في علامة تبويب جديدة) مثل 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 حركات معانقة الأرض هذه يمكن أن تكون متحمسة وستنتشر على مسافات هائلة.

يستخدم فهم هذا السلوك اليوم للكشف عن الانفجارات النووية البعيدة. لكن التأثيرات الكاملة لنظرية لابلاس على اهتزاز خلفية الغلاف الجوي العالمي لم يتم تأكيدها إلا مؤخرًا (يفتح في علامة تبويب جديدة).

رنين 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 من جامعة كيوتو تاكاتوشي ساكازاكي (يفتح في علامة تبويب جديدة) من استخدام الملاحظات الحديثة لتأكيد الآثار المترتبة على نظرية لابلاس فيما يتعلق بالاهتزازات المتماسكة عالميًا للغلاف الجوي (يفتح في علامة تبويب جديدة). بتحليل مجموعة بيانات تم إصدارها حديثًا (يفتح في علامة تبويب جديدة) للضغط الجوي كل ساعة لمدة 38 عامًا في مواقع في جميع أنحاء العالم ، تمكنا من تحديد الأنماط والترددات العالمية التي تصورها لابلاس والآخرون الذين تبعوه.

هذه التذبذبات العالمية في الغلاف الجوي منخفضة التردد لدرجة يصعب معها سماعها ، لكنها متحمسة باستمرار من خلال جميع الحركات الأخرى في الغلاف الجوي ، مما يوفر "موسيقى خلفية" لطيفة للغاية ولكنها مستمرة (تفتح في علامة تبويب جديدة) لتقلبات الطقس الأكثر دراماتيكية في غلافنا الجوي.

تم إعادة نشر هذه المقالة من المحادثة بموجب ترخيص المشاع الإبداعي. اقرأ المقالة الأصلية .

الآراء المعبر عنها هي آراء المؤلف ولا تعكس بالضرورة آراء الناشر.