Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2026.Т. 54. №2. C. 166 — 200. ISSN 2079-6641

ФИЗИКА
https://doi.org/10.26117/2079-6641-2026-54-2-166-200
Обзорная статья
Полный текст на английском языке
УДК 551.594.6

Содержание выпуска

Read English Version

Посвящается 85-ию д.ф-м.н. П.П. Фирстова

Электрическая активность вулканических облаков и формирование локального электрического поля на Камчатке

Е. И. Малкин^{\ast}, Н. В. Чернева

Институт космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН, 684034, с. Паратунка, Елизовский район, Камчатский край, Россия

Аннотация. В работе обобщен вклад Фирстова П. П. в экспериментальных исследованиях вертикальной компоненты Ez электрического поля атмосферы (ЭПА) в обсерватории «Паратунка» (2006–2018 гг.). На основе анализа 47 публикаций и монографии (Чернева, Фирстов, 2018) показана ключевая роль сезонного стока радона в формировании вариаций Ez. Представлены базовые модели источников поля, включая влияние пароводяных облаков, циклонов и вулканических извержений. В частности, описан проведённый лабораторный эксперимент с инжекцией пароводяной смеси из геотермальной скважины, имитирующий воздействие искусственного облака на Ez ЭПА. Приведены примеры влияния циклонической активности и эруптивных облаков от эксплозивных вулканических извержений на Ez ЭПА — интерес к этой теме Фирстова П.П. был обусловлен спецификой региона, которой является высокая интенсивность геодинамических процессов в Курило-Камчатской зоне субдукции (частые землетрясения, извержения вулканов), а также резкая изменчивость метеопараметров в связи с высокой циклонической активностью над северо-западной частью Тихого океана. Особое внимание уделено инициативе Фирстова по развёртыванию на Камчатке сети регистрации вулканических гроз. С привлечением данных сети WWLLN эмпирически подтверждён двухстадийный механизм развития вулканических гроз, а предложенная методика оценки интенсивности извержений по частоте счёта импульсного электромагнитного излучения (ИЭМИ) рекомендована как инструмент раннего предупреждения о пепловых выбросах.

Ключевые слова: регистрация атмосфериков, пеленг, электромагнитные импульсы, ОНЧ-пеленгатор молний

Получение: 23.07.2026; Исправление: 31.08.2026; Принятие: 01.09.2026; Публикация онлайн: 14.09.2026

Для цитирования. Малкин Е. И., Чернева Н. В. Электрическая активность вулканических облаков и формирование локального электрического поля на Камчатке // Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2026. Т. 54. № 2. C. 166-200. EDN: RLPGRY. https://doi.org/10.26117/2079-6641-2026-54-2-166-200.

Финансирование. Работа выполнена в рамках государственного задания ИКИР ДВО РАН № 124012300245-2.

Конкурирующие интересы. Конфликтов интересов в отношении авторства и публикации нет.

Авторский вклад и ответственность. Авторы участвовали в написании статьи и полностью несут
ответственность за предоставление окончательной версии статьи в печать.

^{\ast}Корреспонденция: E-mail: malkin@ikir.ru

Контент публикуется на условиях Creative Commons Attribution 4.0 International License

© Малкин Е. И., Чернева Н. В., 2026

© ИКИР ДВО РАН, 2026 (оригинал-макет, дизайн, составление)

Список литературы

1. Roble R. G.,Tzur I. The global atmospheric-electrical circuit / The Earth’s Electrical Environment. Washington, D.C., National Academy Press, 1986, pp. 206–231 DOI: 10.17226/898.
2. Tinsley B. A. Influence of solar wind on the global electric circuit, and inferred effects on cloud microphysics, temperature, and dynamics in the troposphere, Space Science Reviews, 2000. vol. 94, pp. 231–258 DOI: 10.1023/A:1026775408875.
3. Märcz F., Harrison R. G. Long-term changes in atmospheric electrical parameters observed at the Nagycenk (Hungary) and the UK observatories at Eskdalemuir and Kew, Ann. Geophys., 2003. vol. 21, pp. 2193–2200 DOI: 10.5194/angeo-21-2193-2003.
4. Harrison R. G. The global atmospheric electrical circuit and climate, Surveys in Geophysics, 2004. vol. 25, no. 5-6, pp. 441–484 DOI: 10.1007/s10712-004-5439-8.
5. Aplin K. L.Atmospheric Electrification in the Solar System, Surveys in Geophysics, 2006. vol. 27, no. 1, pp. 63–108 DOI: 10.1007/s10712-005-0642-9.
6. Singh D., Gopalakrishnan V., Singh R.P., Kamra A. K., Singh S., Pant V. The atmospheric global electric circuit: An overview, Atmospheric Research, 2007. vol. 84, no. 2, pp. 91–110 DOI: 10.1016/j.atmosres.2006.05.005.
7. Ponomarev E. A., Cherneva N. V., Firstov P.P. Formation of a local atmospheric electric field, Geomagnetism and Aeronomy, 2011. vol. 51, no. 3, pp. 402-408 DOI: 10.1134/S0016793211030145.
8. Rycroft M. J., Nicoll K. A., Aplin K. L., Harrison R. G. Recent advances in global electric circuit coupling between the space environment and the troposphere, Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 2012. vol. 90-91, pp. 198–211 DOI: 10.1016/j.jastp.2012.03.015.
9. Williams E., Mareev E. Recent progress on the global electrical circuit, Atmospheric Research, 2014. vol. 135-136, pp. 208–227 DOI: 10.1016/j.atmosres.2013.05.015.
10. Chalmers J. A. Atmospheric Electricity. – 2nd ed.. Oxford – New York: Pergamon Press, 1967. 515 pp.
11. Cherneva N. V., Firstov P. P.Weather factor effects on electric parameters in the lower atmosphere, Russian Meteorology and Hydrology, 2013. vol. 38, no. 3, pp. 177-184 DOI: 10.3103/S1068373913030060.
12. Pustovalov K. N., Nagorskiy P. M., Oglezneva M. V, Smirnov S. V.Variability of the Integral Content of Dust Aerosol over Western Siberia and its Influence on the Surface Electric Field, Atmospheric and Oceanic Optics, 2024. vol. 37, no. S1, pp. S169-S174 DOI: 10.1134/S1024856024701562.
13. Karagioras A.,Kourtidis K. Study of the influence of local meteorology on the atmospheric potential gradient, Atmospheric Research, 2025. vol. 323, pp. 108168 DOI: 10.1016/j.atmosres.2025.108168.
14. James M. R., Lane S. J., Gilbert J. SVolcanic plume monitoring using atmospheric electrical potential gradiens, Journal of the Geological Society, 1998. vol. 155, no. 4, pp. 587-590 DOI: 10.1144/gsjgs.155.4.0587.
15. Morgunov V. A. Prostranstvennye neodnorodnosti elektricheskogo polya kak faktor lito ionosfernykh svyazey / Elektricheskoe vzaimodeystvie geosfernykh obolochek. Moskva, OIFZ RAN, 2000, pp. 106-113 (In Russian).
16. Mather T. A., Harrison R.G. Electrification of volcanic plumes, Surveys in Geophysics, 2006. vol. 27, no. 4, pp. 387-432 DOI: 10.1007/s10712-006-9007-2.
17. Harrison R. G., Aplin K. L., Rycroft M. J.Atmospheric electricity coupling between earthquake regions and the ionosphere, Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 2010. vol. 72, no. 5-6, pp. 376-381 DOI: 10.1016/j.jastp.2009.12.004.
18. Shevtsov B. M., Firstov P.P., Cherneva N. V., Holzworth R. H., Akbashev R. R. Lightning and electrical activity during the Shiveluch volcano eruption on 16 November 2014, tmospheric electricity coupling between earthquake regions and the ionosphere, 2016. vol. 16, pp. 871–874 DOI: 10.5194/nhessd-16-871-2016.
19. Firstov P.P., Akbashev R. R., Cherneva N. V., Shevtsov B. M., Holzworth R. H.Atmospheric electric effects during the explosion of Shiveluch volcano on November 16, 2014, Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics, 2017. vol. 1653, no. 5-61, pp. 24-31 DOI: 10.1134/S0001433817010066.
20. Akbashev R. R., Malkin E. I., Cherneva N. V. Characteristic Electrostatic Structure of Eruptive Plumes Emitted by Large Explosive Eruptions of Shiveluch and Bezymyanniy Volcanoes, Kamchatka, Journal of Volcanology and Seismology, 2024. vol. 18, no. 4, pp. 323-339 DOI: 10.1134/S0742046324700672.
21. Corney R. C., Burns G. B., Michael K., Frank-Kamenetsky A. V., Troshichev O. A., Bering E. A., Papitashvili V. O., Breed A. M., Duldig M. L. The influence of polar-cap convection on the geoelectric field at Vostok, Antarctica, Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 2003. vol. 65, no. 3, pp. 345-354 DOI: 10.1016/S1364-6826(02)00225-0.
22. Cherneva N. V., Firstov P.P. Formation of the local electric field of the atmosphere in Kamchatka under the influence of natural processes. Vladivostok: Dalnauka, 2018. 134 с.
23. Tacza J., Raulin, J.P., Macotela E., Marun A., Fernandez G., Bertoni F. C.P., Lima L. M., Samanes J., Buleje Y., Correia E., Alves G., Makita K. Local and global effects on the diurnal variation of the atmospheric electric field in South America by comparison with the Carnegie curve, Atmospheric Research, 2020. vol. 240, pp. 104938 DOI: 10.1016/j.atmosres.2020.104938.
24. Slyunyaev N. N., Sarafanov F. G., Ilin N. V., Mareev E. A., Volodin E. M., Frank-Kamenetsky A. V., Williams E. R. The Seasonal Variation of the Direct Current Global Electric Circuit: 1. A New Analysis Based on Long-Term Measurements in Antarctica, Journalof Geophysical Research: Atmospheres, 2025. vol. 130, no. 6 DOI: 10.1029/2024JD042633.
25. Sheftel V. M. Bandilet O. I., Yaroshenko A. N., Chernyshev A. K. Space-time structure and reasons of global, regional, and local variations of atmospheric electricity, Journalof Geophysical Research, 1994. vol. 99, no. D5, pp. 10797–10806 DOI: 10.1029/93JD02857.
26. Martell E. A. Enhanced ion production in convective storms by transpired radon isotopes and decay products, Journal of Geophysical Research, 1985. vol. 90, no. D4, pp. 5909-5916 DOI: 10.1029/JD090iD04p05909.
27. Firstov P.P., Cherneva N. V., Ponomarev E. A., Buzevich A. V.Podpochvennyy radon i napryazhennost’ elektricheskogo polya atmosfery v rayone Petropavlovsk-Kamchatskogo geodinamicheskogo poligona [Subsoil radon and electric field intensity in the atmosphere in case of Petropavlovsk-Kamchatsky geodynamic chain in 1998-2003], Vestnik KRAUNTS. Ser. Nauki o Zemle., 2006. vol. 1, no. 7, pp. 102–109 (In Russian).
28. Petrov A. I., Petrova G. G., Panov V. M. Profiles of polar conductivities and of radon-222 concentration in the atmosphere by stable and labile stratification of surface layer, Atmospheric Research, 2009. vol. 91, no. 2-4, pp. 206–212 DOI: 10.1016/j.atmosres.2008.06.015.
29. Golubenko K., Rozanov E., Mironova I., Karagodin A., Usoskin I. Natural Sources of Ionization and Their Impact on Atmospheric Electricity, Geophysical Research Letters, 2020. vol. 47, no. 12, pp. e2020GL088619 DOI: 10.1029/2020GL088619.
30. Märcz F. Short – term changes in atmospheric electricity associated with Forbuch decreases, Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 1997. vol. 59, no. 9, pp. 975-982 DOI: 10.1016/S1364-6826(96)00076-4.
31. Kuznetsov V. V., Cherneva N. V. Issledovaniye Forbush-ponizheniy i effektov terminalora v atmosfernom elektricheskom pole na observatorii «Paratunka» [Study of forbush decreases and terminator’s effects in atmospheric electric field conducted at «Paratunka» observatory, Kamchatka], Vestnik KRAUNTS. Ser. Nauki o Zemle, 2008. vol. 1, no. 11, pp. 89–97 (In Russian).
32. Kleimenova N., Kozyreva O., Kubicki M., Michnowski S.Variations of the Mid-Latitude Atmospheric Electric Field (Ez) Associated with Geomagnetic Disturbances and Forbush Decreases of Cosmic Rays, JPublications of the Institute of Geophysics, Polish Academy of Sciences, Series M: Miscellanea, 2009. vol. D-73, no. 412, pp. 55-64.
33. Smirnov S. Fair Weather and Electric Field Convective Generator, Atmosphere, 2025. vol. 16, no. 11, pp. 1282 DOI: 10.3390/atmos16111282.
34. Kleimenova N., Kozyreva O., Michnowski S., Kubicki M. Influence of geomagnetic disturbances on atmospheric electric field (Ez) variations at high and middle latitudes, Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 2013. vol. 99, pp. 117-122 DOI: 10.1016/j.jastp.2012.07.009.
35. Morozov V. N., Kupovykh G. V. Mathematical modeling of the global atmospheric electrical circuit and surface layer electricity. St. Petersburg: Asterion, 2017. 307 с.
36. Kasemir H. W. Theoretical Problems of the Global Atmospheric Electric Circuit / Electrical Processes in Atmospheres. In: Dolezalek H., Reiter R., Landsberg H.E. (eds). Darmstadt, Steinkopff, 1976, pp. 423-438.
37. Firstov P.P., Cherneva N. V., Buzevich A. V. [et al.]On the effects of air pressure variations on radon exhalation into the atmosphere, Journal of Volcanology and Seismology, 2007. vol. 1, no. 6, pp. 397-404 DOI: 10.1134/S0742046307060036.
38. Kasemir H. W. Zur Strömungstheorie des luftelektrischen Feldes III: Der Austauschgenerator, Archiv für Meteorologie, Geophysik und Bioklimatologie, 1956. vol. A, no. 9, pp. 357–370 DOI: 10.1007/BF02247454.
39. Park C. G. Downward mapping of high-latitude ionospheric electric fields to the ground, Journal of Geophysical Research, 1976. vol. 81, no. 1, pp. 168-174 DOI: 10.1029/JA081i001p00168.
40. Reiter R. Solar flares and their impact on potential gradient and air-earth current characteristics at high mountain stations, Pure and Applied Geophysics, 1966. vol. 72, no. 1, pp. 259-267 DOI: 10.1007/BF00875709.
41. Tinsley B. A., Yu F. Atmospheric Ionization and Clouds as Links Between Solar Activity and Climate / Solar Variability and Its Effects on Climate. In J. M. Pap, P. Fox, C. Frohlich, H. S. Hudson, J. Kuhn, J. McCormack, G. North, W. Sprigg S. T. Wu (Eds.),, 141. Washington, American Geophysical Union, 2004, pp. 321–339.
42. Druzhin G. I.,. Cherneva N. V, Melnikov A. N. Thunderstorm activity according to VLF observations at Kamchatka, Geomagnetism and Aeronomy, 2009. vol. 8149, no. 8, pp. 1305-1307 DOI:
    10.1134/S001679320908057X.
43. Kuznetsov V. V., Cherneva N. V., Babakhanov I. Yu. Effect of an artificial cloud on the atmospheric electric field, Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics, 2007. vol. 43, no. 2, pp. 237-242 DOI: 10.1134/S0001433807020107.
44. Cherneva N. V., Ponomarev E. A., Firstov P. P., Buzevich A. V. Bazovyye modeli istochnikov variatsiy vertikal’noy komponenty atmosfernogo elektricheskogo polya [BASIC MODELS OF SOURCES OF ATMOSPHERIC ELECTRIC FIELD VERTICAL COMPONENT VARIATIONS], Vestnik KRAUNTS. Ser. Nauki o Zemle, 2007. vol. 2, no. 10, pp. 60-64 (In Russian).
45. Kuznetsov V. V., Cherneva N. V., Babakhanov I. Yu. Experiments with the active impact of steam jet on atmospheric electric field, Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics, 2009. vol. 45, no. 6, pp. 751-756 DOI: 10.1134/S0001433809060085.
46. Sorokin V. M., Chmyrev V. M., Yashchenko A. K. Electrodynamic model of the lower atmosphere and the ionosphere coupling, Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 2001. vol. 63, no. 16, pp. 1681-1691 DOI: 10.1016/S1364-6826(01)00047-5.
47. Rulenko O.P., Tokarev P.I.Atmospheric-electric effects of Large Fissure Tolbachik Eruption in July- October 1975, Byulleten’ vulkanologicheskikh stantsiy, 1979. vol. 56, pp. 96-102.
48. Behnke S. A., Thomas R. J., Krehbiel P. R., McNutt S. R. Spectacular lightning revealed in 2009 Mount Redoubt eruption, Eos, Transactions American Geophysical Union, 2012. vol. 93, no. 20, pp. 193-194 DOI: 10.1016/S1364-6826(96)00076-4.
49. Behnke S.A., Thomas R.J., McNutt S.R., Schneider D.J., Krehbiel P.R., Rison W., Edens H.E. Observations of volcanic lightning during the 2009 eruption of Redoubt Volcano, J Volcanol Geotherm Res, 2013. vol. 259, pp. 214–234 DOI: 10.1016/j.jvolgeores.2011.12.010.
50. Behnke S.A., McNutt S.R. Using lightning observations as a volcanic eruption monitoring tool, Bull Volcanol, 2014. vol. 76, no. 847 DOI: 10.1007/s00445-014-0847-1.
51. Firstov P.P., Malkin E.I., Akbashev R.R., Druzhin G.I., Cherneva N.V., Holzworth R.H., Uvarov V.N., Stasiy I.E. Registration of Atmospheric-Electric Effects from Volcanic Clouds on the Kamchatka Peninsula (Russia), Atmosphere, 2020. vol. 11, no. 643, pp. 1-16 DOI: 10.3390/atmos11060634.
52. Miura T., Koyaguchi T., Tanaka Y. Measurements of electric charge distribu-tion in volcanic plumes at Sakurajima Volcano, Japan, Bull. Volcanol, 2002. vol. 64, pp. 75–93 DOI: 10.1007/s00445-001-0182-1.
53. Antel C., Collier A. B., Lichtenberger J., Rodger C. J. Investigating Dunedin whistlers using volcanic lightning, Geophys. Res. Lett., 2014. vol. 41, pp. 4420–4426 DOI: 10.1002/2014GL060332.
54. Malkin E. I. et al. Remote methods for observations of Shiveluch and Bezymyanniy volcano eruptions, Vestnik KRAUNC. Fiz.-mat. nauki, 2023. vol. 43, no. 2, pp. 141-165 DOI: 10.26117/2079-6641-2023-43-2- 141-165.
55. Malkin E.I., Shevtsov B.M., Cherneva N.V., Kazakov E.A., Lichtenberger J. High-Altitude Discharges and Whistlers of Volcanic Thunderstorms, Atmosphere, 2024. vol. 15, no. 12, pp. 1503 DOI: 10.3390/atmos15121503.
56. Malkin E., Druzhin G., Firstov P., Cherneva N., Uvarov V., Sannikov D., Stasiy I. Principles of Creation of Local Network for Lightning Discharge Observations on Active Volcanoes of Kamchatka Peninsula / E3S Web of Conferences, Solar-Terrestrial Relations and Physics of Earthquake Precursors, vol. 127. France, EDP Sciences, 2019, pp. 02021 DOI: 10.1051/e3sconf/201912702021.
57. Malkin E., Cherneva N., Akbashev R., Sannikov D., Druzhin G. The Mechanism of Thunderstorm Formation in Eruptive Clouds on the Example of Bezymyanny Volcano Eruptions / Springer Proceedings in Earth and Environmental Sciences, Problems of Geocosmos–2022. In: Kosterov, A.,
    Lyskova, E., Mironova, I., Apatenkov, S., Baranov, S. (eds), Springer, Cham., 2023 DOI: 10.1007/978-3-031-40728-4−33.
58. Mikhailov Y. M. Low frequency electromagnetic waves: Space and ground experiments (Second edition). LAP: Lambert Academic Publishing, 2020. 100 pp.
59. Malkin E. I., Kazakov E. A., Sannikov D. V., Cherneva N. V., Marchenko L. S., Drugin G I. Statistical relationship between whistlers and sprites according to AWDANET and WWLLN data, Vestnik KRAUNC. Fiz.-mat. nauki, 2022. vol. 41, no. 4, pp. 178-190 DOI: 10.26117/2079-6641-2022-41-4-178-190.
60. Koronczay D.,. Lichtenberger J, Clilverd M. A. [et al.] The Source Regions of Whistlers, Journal of Geophysical Research: Space Physics, 2019. vol. 124, no. 7, pp. 5082-5096 DOI: 10.1029/2019JA026559.

---

Информация об авторах

---

---