フンガ・トンガ噴火の地球システムへの影響

2022年1月15日に南太平洋のハンガ・トンガ火山が爆発的に噴火した。この出来事は、噴火自体だけでなく、世界中で検出された大気の顕著な変化を引き起こしたことでも重要だった。この噴火の面白い点の一つは、大気、電離層（荷電粒子で満たされた地球の大気の層）、さらにはテリュリック電流として知られる地面の電流にも影響を与えたことだ。

#噴火による大気波

噴火は大気を通して衝撃波を送り出し、超音波波、ラム波、音響重力波などの様々な波を作り出した。これらの波は広範囲にわたって伝わり、北天山まで12,000キロメートルにも達した。

これらの変化を検出した装置の一つはバロメーターだった。UTCで16:00:55に、大気圧のパルスが記録され、1.3 hPaの顕著な増加が見られた。この圧力波は約0.3056キロメートル毎秒の速度で移動し、ラム波としては一般的な速度だった。

圧力の変化に伴い、電離層を監視するために使われるラジオ信号の周波数にも乱れが見られた。これらの乱れは、爆発によって引き起こされた波に関連していた。二つのタイプのラジオパスで信号のシフトが見られ、最初のものはラム波に関連し、二つ目は音響重力波に関連していた。

#噴火の全球的影響

噴火は世界的にも大きな影響を及ぼした。世界中のバロメーターが火山の爆発によって引き起こされた大気の変化を検出した。これらの波は大気を通じて移動し、電離層に乱れを生じさせ、それはその層の全電子量を測定するシステムを使って観測された。この測定は地上ステーションだけでなく、低軌道および静止軌道の衛星からも行われた。

大規模な火山噴火が様々な形で電離層を乱すことが知られている。この乱れはしばしば、ラム波のエネルギーが電離層に漏れ出すことによって起こる。

ハンガ・トンガの出来事では、大規模と中規模の波の両方を含む異なるタイプの電離層の乱れが確認された。特に注目された中規模の乱れは、近地表圧の変化と一致して、約200から400メートル毎秒の速度で移動した。

#継続的な監視と観測

噴火の数年前には、北天山地域で広範な測定が行われていた。この地域は山が多く、地震活動も活発だ。そこに設置された機器は、リソスフェア（地球の外殻）、大気、電離層で起こっているプロセスを詳細に研究するためのものだった。

ハンガ・トンガ火山の噴火が起きたとき、そういった強力なイベントが大気全体や近宇宙にどのように影響を与えるかを研究するユニークな機会が提供された。

#大気圧の測定

天山の山岳ステーションでは、デジタルバロメーターが大気圧を継続的に監視していた。バロメーターは圧力の変化を正確に記録し、研究者が噴火からの信号を分析できるようにした。このデータは高精度で収集され、火山爆発によって引き起こされた短期的な圧力パルスを示していた。

#電離層信号のドップラー周波数シフト

噴火に対する電離層の反応は、ラジオ信号のドップラー周波数シフトを通じて記録された。これらのシフトは、中国の北京からのラジオパスとクウェートからのラジオパスの二つで測定された。

噴火の日、大気中で重要な変化が検出された。噴火から約10時間後には、ドップラー周波数の大幅な負のシフトが確認され、大気波と電離層の反応との関連が裏付けられた。

さらに、UTCで19:35:21頃にも噴火に関連した別の乱れが観測された。収集されたデータは、初期の火山活動と電離層の変化との強い関連を示唆していた。

#テリュリック電流の変化

大気および電離層の観測と並行して、天山ステーションで測定されたテリュリック電流も顕著な変化を示した。これらの地面の電流は、地球の中を流れる自然な電流だ。

UTCで16:00:55に大気圧のパルスが記録されたとき、テリュリック電流の測定は約6から10ボルトの減少を示した。この減少は、火山からの圧力波の到着に密接に続いた。その後、この初期の減少の後、テリュリック電流は増加し、大気の出来事への反応を示していた。

その後、音響重力波の到来に応じたように見える別のテリュリック電流の変化が観察され、これらの大気の出来事と地上レベルの電気的変化との関係を示唆した。

#噴火からのエネルギー推定

収集されたデータを使って、研究者たちはハンガ・トンガ噴火時に大気中に放出されたエネルギーの量が約2000メガトンのTNT相当であると推定した。この推定は、爆発中に生成された波の特徴に基づいていた。

#結論

要するに、ハンガ・トンガ火山の噴火は、雰囲気、電離層、地面に影響を及ぼした重要な地質学的イベントだった。何千キロメートルも旅した乱れは、噴火の力を示し、こうした出来事の際に地球の異なる層がどのように相互に関連しているのかを示した。

大気圧の測定、電離層の乱れ、テリュリック電流は、火山噴火が生み出す波や影響を、発生源から遠く離れた場所でもいかに感じられるかのより明確な像に寄与した。科学者たちがこれらの現象を研究し続けることで、地球のシステムやそのような強力な自然現象に対する反応についての深い洞察を得ていく。