Проведенные натурные эксперименты и расчеты позволили объяснить, почему пирокластические потоки, представляющие из себя смесь горячего вулканического газа с огромным количеством взвешенного обломочного материала, образовавшегося при извержении, могут с легкостью преодолевать расстояния в десятки километров без ощутимой потери скорости. Оказалось, что при определенной скорости в основании этих потоков возникает разреженный воздушный слой, работающий как воздушная подушка. Результаты опубликованы в журнале Nature Geoscience.

Извержения вулканов могут сопровождаться образованием мощных пирокластических потоков — смеси высокотемпературных вулканических газов, пепла и обломков пород. Перемещаясь со скоростью несколько сотен километров в час вниз по склону, и далее на многие километры по долинам, окружающим вулкан, такие потоки несут тысячи, а иногда и миллионы тонн твердого вулканического материала, представляя серьезную опасность для людей, животных и растений. Именно пирокластический поток был основной причиной гибели людей в Геркулануме и Помпеях во время извержения Везувия в 79 году.

Для того, чтобы понять, как обезопасить от пирокластических потоков людей, проживающих вблизи вулканов, важно разобраться, что позволяет потокам, обладающим довольно высокой плотностью, развивать огромную скорость и подвижность, легко преодолевая препятствия рельефа. Прямые наблюдения за движением природных пирокластических потоков практически невозможны, поэтому профессор Герт Люб (Gert Lube) из Университета Мэсси в Новой Зеландии и его коллеги провели ряд экспериментов по моделированию пирокластических потоков, в ходе которых им удалось выяснить, почему воздушный поток, несущий твердые вулканические частицы и обломки, летит без ощутимого снижения скорости. Они выпускали крупные объемы (более одной тонны) горячего вулканического материала на 35-метровую измерительную секцию и записывали результаты на высокоскоростное видео. В качестве материала были использованы реальные отложения пирокластического потока, образовавшегося при извержении вулкана Таупо.

В ходе экспериментов выяснилось, что воздушной подушкой для в буквальном смысле летящего пирокластического потока является слой воздуха, образующийся при больших скоростях в основании потока.

При больших скоростях обломки путешествуют в потоке во взвешенном состоянии, окруженные снизу и сверху слоем воздуха. Наличие воздушного слоя в основании позволяет потоку двигаться, практически не испытывая трения. Более того, поднимаемый при быстром движении от основания потока воздух как бы раздвигает твердые частицы в потоке, добавляя ему внутреннюю «воздушность».

После экспериментов авторы формализовали их результаты в виде цифровой модели, в которой теоретически обосновывается формирование разреженного воздушного слоя в основании быстро движущегося потока высокой плотности. В соответствии с результатами моделирования, критическая скорость, после которой начинает формироваться воздушная подушка в основании пирокластического потока, составляет от двух до шести метров в секунду в зависимости от высоты самого потока.
Авторы предполагают, что результаты их эксперимента помогут более точно оценить опасности будущих стихийных бедствий, связанных не только с образованием пирокластических потоков, но и с такими природными явлениями как оползни, снежные лавины и гравитационные потоки.

Ранее мы писали о находке в Помпеях скелета мужчины, который пытался сбежать от извержения, но был остановлен пирокластическим потоком и погиб. Другие многочисленные находки останков погребенных под толщей пепла людей свидетельствуют о том, что температура пеплового потока в Помпеях составляла не менее 250 градусов Цельсия, а распространялся он на расстояние до 10 километров. Кстати, сделанное недавно открытие позволило уточнить дату извержения Везувия, которое произошло не 24 августа 79 года, как считали ранее, а 24 октября того же года.