"… Wij mensen op aarde zijn te klein om onze vulkanen te zuiveren. Daarom bezorgen ze ons zoveel problemen."
Antoine de Saint-Exupery "De kleine prins"
Jullie hebben waarschijnlijk allemaal dit soort bliksem gezien. Een interessant fenomeen! Allerlei fantastische films komen meteen in me op … "The Lord of the Rings" bijvoorbeeld:-)
Ik stel voor om een selectie te zien van deze oproer van de natuur en de ingewanden van de aarde. Bijna alle foto's zijn aanklikbaar.
De reden voor het optreden van gewone bliksem tijdens onweer blijft het onderwerp van onderzoek, en de aard van vulkanische bliksem wordt nog minder begrepen. Eén hypothese suggereert dat uitgestoten bellen van magma of vulkanische as elektrisch geladen zijn en dat ze bewegen om zulke gescheiden gebieden te creëren. Vulkanische bliksem kan echter ook worden veroorzaakt door botsingen tijdens het opladen in vulkanisch stof.
Promotie video:
Wetenschappers waren in staat om elektrische activiteit in een wolk van vulkanische as vast te leggen met een ongekende resolutie en twee soorten bliksem te identificeren die optreden tijdens een uitbarsting. De uitbarsting van de Redout-vulkaan in Alaska werd voorafgegaan door karakteristieke seismische activiteit, waardoor een team van wetenschappers van het New Mexico Institute of Mining de tijd had om van tevoren een netwerk van miniatuurobservatiestations nabij de krater op te zetten.
Ze waren voorzien van ultrakortegolfradiodetectoren die blikseminslagen registreerden in de aswolk die werd weggeslingerd. Tijdens de uitbarsting observeerden vulkanologen 16 krachtige stormen, die hen een grote hoeveelheid gegevens opleverden voor latere analyse.
Dientengevolge konden wetenschappers ontdekken dat vulkanische bliksem in twee soorten is verdeeld: relatief klein, direct nabij de krater en krachtig, hoog in een aswolk waargenomen. Volgens wetenschappers zijn beide van verschillende aard. Kleine lage bliksemschichten zijn het resultaat van elektrische processen in magma, aangezien het uiteenvalt in vele kleine deeltjes. Grote bliksemschichten in een aswolk ontstaan als de temperatuur onder de -20 graden Celsius daalt, als onderkoelde waterdruppels bevriezen. Vergelijkbare processen worden veroorzaakt door ontladingen in de wolken tijdens onweer. Wetenschappers hebben ook een verband gevonden tussen de hoogte van de aswolk en de kracht en frequentie van blikseminslagen.
De belangrijkste fysische processen die verantwoordelijk zijn voor de elektrificatie van een gaswarmtewolk boven een vulkaan worden beschouwd. Enkele kenmerken van de mechanica van vulkanische aerosol en de scheiding door zwaartekracht worden geanalyseerd. Het is aangetoond dat de belangrijkste van de vele fysische en fysisch-chemische processen van het genereren en scheiden van ladingen in een vulkanische wolk thermionische emissie en thermo-elektriciteit zijn. De belangrijkste wetten die de elektrificatie van aerosoldeeltjes tijdens deze processen regelen, worden berekend. Het bleek dat voor de vorming van bliksem in een vulkanische wolk, het uitstootmateriaal een merkbare hoeveelheid van een fijne fractie (1-30 micron) moet bevatten. De mogelijkheden van de deelname van andere fysische processen aan de elektrificatie van aërosoldeeltjes en de vulkanische wolk als geheel worden kort geanalyseerd. De kinetiek van ladingsscheiding en de omstandigheden voor de vorming van bliksem in vulkanische wolken worden ook in aanmerking genomen. De relatie tussen de intensiteit van elektrische processen en de energie en kracht van de uitbarsting wordt getoond. Geconcludeerd wordt dat het nodig is om de elektrische activiteit van warmtewolken te meten samen met een studie van de kinetiek van massaverwijdering en bepaling van de begintemperatuur van het uitwerpmateriaal.
Elektrische verschijnselen in spuitbussen zijn zeer divers, zowel in vorm als in intensiteit. Elektrische processen in natuurlijke aerosolen zijn het grootst bij grote volumes (tientallen en honderdduizenden kubieke meters) en hoge spanningen (tot honderden megavolt) [1, 2]. De frequentie van bliksem in onweerswolken bereikt soms 0,05 - 0,2 s-1. De hoogste intensiteit van elektrische processen wordt echter waargenomen in droge gaswarmtewolken boven vulkanen (zie bibliografie in [3]). Elke seconde grote blikseminslagen (waarvan er één wordt getoond in Fig. 1), veel frequentere kleine vonkontladingen van 8-10 m lang, intense en langdurige coronagloed in gebieden die worden bedekt door een vulkanische wolk - dit is een korte lijst van die verschijnselen die werden waargenomen tijdens vulkaanuitbarstingen …
Niet elke uitbarsting gaat gepaard met bliksem. Dit betekent dat de intensiteit van de elektrificatie van de vulkanische aerosol in wezen afhangt van de kenmerken van de uitbarsting. Over het algemeen kan de elektrificatie van aerosoldeeltjes optreden om vele redenen die verband houden met fysische en fysisch-chemische processen in een gas-slak-warmtewolk [3, 4]. Echter, gezien het feit dat de intensiteit van elektrificatie van de vulkanische aerosol veel hoger is dan die van alle andere bekende aerosolen [3 - 6], is het mogelijk om een aantal specifieke processen te onderscheiden die de hoofdrol spelen in de vulkanische wolk.
- De belangrijkste kenmerken van vulkanische aerosol zijn:
- zeer hoge koorts;
- een groot verschil in temperatuur van vaste aerosoldeeltjes zowel onderling als in relatie tot het omringende gas;
- sterke non-stationariteit van het systeem van vulkanische asdeeltjes gesuspendeerd in gas. Als gewone aërosolen ouder zijn dan 1 minuut en de berekende concentraties van een dergelijke aërosol niet langer na = 103 deel / cm3 kunnen overschrijden, dan verlopen de processen van elektrisering van vulkanische aerosol bij concentraties n »107 - 109 deel / cm3 en, zoals hieronder zal worden aangetoond, eindigen praktisch met het einde van de tweede seconde van het aerosolbestaan;
- vulkanische aerosol omvat, in tegenstelling tot alle andere, as, lapilli, slakken en zelfs vulkanische bommen, d.w.z. het volledige massaspectrum van ~ 10-12 tot> 103 g.
In dit artikel worden twee mechanismen van elektrificatie van as-as vulkanische deeltjes beschouwd, namelijk thermo-emissie van elektronen en thermo-elektriciteit. Berekening van het thermionische emissieproces maakt het mogelijk om de minimale begintemperatuur Tmin van het uitwerpmateriaal te bepalen, waaronder de thermische emissie-intensiteit zo laag is dat het niet langer in staat is om merkbare elektrificatie te geven. De duur van de werking van het thermionische mechanisme wordt bepaald door de afkoeltijd van de deeltjes van de begintemperatuur tot een vaste Tmin en kan variëren van ~ 0,1 tot ~ 10 s. Er wordt ook aangetoond dat het thermo-elektrische mechanisme van de elektrisering van vulkanische aërosoldeeltjes geen temperatuur "drempel" heeft, daarom is het werkingsbereik van dit mechanisme in temperatuur groter dan dat van thermionisch, en het tijdsinterval is te wijten aan de aërosolverdunningstijd en is bijna constant (~ 1,5 s).
Hoewel het thermo-elektrische mechanisme van elektrificatie soms inferieur is aan het thermo-emissie-mechanisme wat betreft de snelheid van ladingopwekking, is het veel breder in het werkingsbereik, aangezien het in alle aërosolen functioneert als er een temperatuurverschil is tussen de in aanraking komende deeltjes DT ~ ~ 10 K en hoger. Er is ook aangetoond dat andere mechanismen van elektrificatie die in de literatuur worden besproken (piëzo-elektriciteit, ballo-elektrisch effect, wrijving van deeltjes en gasstralen, enz.), Geen significante rol kunnen spelen bij de vorming van elektrische ladingen en blikseminslagen over vulkanen, voornamelijk vanwege het gebrek aan gerichtheid van deze. processen die nodig zijn voor de accumulatie en scheiding van lading op macroscopische schaal. Laten we eraan herinneren dat er twee processen nodig zijn voor het optreden van bliksem: elektrificatie van deeltjes op microscopische schaal en scheiding van ladingen op de schaal van de hele wolk. De tweede is langer,daarom treedt bliksem veel later op dan het begin van de uitworp.
Macroscopische processen worden in dit werk beknopter behandeld. De complexiteit van de processen van sedimentatie en scheiding van geladen aerosol onder omstandigheden van turbulente menging van wolken van verschillende schaal van een vulkanische wolk laat geen rigoureuze berekening toe, dus hebben we ons beperkt tot (waar mogelijk) een analogie met de processen in onweerswolken. Als gevolg hiervan werden de criteria geformuleerd, waaraan moet worden voldaan voor het optreden van bliksem op verschillende schalen.