Categories
Окружающая среда

Что вызывает вулканическую молнию?

Вулканическая молния – это электрический разряд, вызванный извержением вулкана. Это часто происходит на ранних стадиях извержения. Извержения вулканов иногда называют «грязными грозами» из-за образования льда и влажных условий, которые управляют динамикой извержения, что в конечном итоге вызывает вулканическую молнию. В отличие от типичной грозы, извержения вулканов могут вызвать вспышку молнии, прежде чем кристаллы льда будут созданы в облаках пепла. Самое раннее зарегистрированное наблюдение о вулканической молнии произошло в 79 году нашей эры, когда Гай Плиний Цецилий Секунд, который был известен как Плиний Младший, описал извержение Везувия. Тем не менее, вулканическая молния не изучалась до девятнадцатого века, когда профессор Вальвиери наблюдал извержения вулкана Везувий в 1872, 1868, 1861 и 1858 годах, которые часто включали в себя вулканическую молнию, в обсерватории Везувия.

причины

Вулканическая молния формируется не глубоко в земной коре, а скорее в вулканическом шлейфе. Вулканическая молния возникает во время активной фазы извержения и чаще встречается в извержениях с большими пепловыми перьями, в которых лава производит значительные температурные градиенты. Когда лава достигает поверхности, она прорывается через слабые места. Кроме того, при извержении вулкана лава обычно сопровождается значительным количеством пепла и сажи. Иногда, если частицы заряжены, возникает молния.

Ученые определили две фазы производства вулканической молнии во время интенсивного извержения. Первая стадия, называемая фазой извержения, представляет собой вулканическую молнию, которая возникает сразу после извержения кратера. Считается, что извержение молнии вызвано выбросом частиц, которые заряжены положительно. Вторая стадия, называемая фазой шлейфа, относится к молнии, образовавшейся в шлейфе пепла, которая вызвана осколками и столкновением частиц вулканического пепла, которые создают статическое электричество. Частицы вулканического пепла обычно заряжены, и столкновения приводят к разделению заряда. Различные процессы, включая аэродинамическую сортировку, могут отделять отрицательно и положительно заряженные частицы, в результате чего некоторые части облака становятся более положительно или отрицательно заряженными, чем другие. Как только разделение зарядов становится слишком интенсивным, электричество течет между отрицательно и положительно заряженными частями облака, создавая молнию, которая нейтрализует разделение зарядов. Во время крупных извержений вулканов могут возникать сильные молнии.

Зарядные механизмы

Зарядка льда

Заряд льда играет ключевую роль в различных видах извержений, особенно в тех, которые связаны с магма-водным взаимодействием или в виде шлейфов, которые поднимаются выше точки замерзания. Ледяной заряд – это грязный грозовой механизм электрификации вулканического шлейфа. Гроза, как правило, генерирует молнию через заряд льда, поскольку облако электрифицировано другими гидрометеорами и сталкивающимися кристаллами льда. У плюмов есть много воды, которую они получают из магмы. Вода испаряется из окружающих ледников и озер, а затем уносится, когда вулканический шлейф извергается в атмосферу. Водяной пар конденсируется в жидкость и поднимается в атмосферу. Если температура шлейфа падает ниже точки замерзания, жидкость замерзает и превращается в лед. Молниеносная активность значительно возрастает после того, как вулканический шлейф поднимается выше уровня замерзания. Кристаллы льда на вершине вулканического облака являются носителями заряда.

Фрикционная зарядка

Предполагается, что основным механизмом электрического заряда в вулканическом шлейфе во время извержения является фрикционный (трибоэлектрический) заряд. Электрический заряд генерируется, когда пепел, частицы льда и фрагменты породы в вулканическом факеле сталкиваются и производят статическое электричество, что аналогично тому, как частицы льда сталкиваются в грозу. Конвективные действия, которые вызывают повышение вулканического шлейфа и разделение электрических зарядов в облаке, также вызывают электрический пробой.

Радиоактивная зарядка

Хотя считается, что его воздействие оказывает минимальное влияние на заряд вулканического шлейфа, радиоизотопы в выброшенных породах могут влиять на заряд частиц. Исследование, проведенное на частицах пепла в результате извержений Гримсовна и Эйяфьятлайокудля, которые являются вулканами в Исландии, подтвердило наличие естественной радиоактивности. Радиоизотопы, обнаруженные в частицах шлейфа Эйяфьятлайокудля, были маловероятным источником зарядки частиц. Тем не менее, было больше возможностей для самостоятельной зарядки вблизи отверстия вулкана, где были обнаружены крупные частицы.

Факторы, которые влияют на формирование вулканической молнии

Высота вулканического шлейфа

Высота пеплового шлейфа вулкана напрямую связана с механизмом, производящим вулканическую молнию. В более коротких пепловых шлейфах (менее 2,49 миль) значительный процент частиц получает свой заряд в результате процесса фрагментации горных пород вблизи входа в вулкан, который называется процессом фракоэмиссии. Высокая концентрация водяного пара в более высоких сливах золы (от 4,35 до 7,46 миль) способствует молниеносной активности.

Температура воздуха

Температура атмосферы играет важную роль в генерации вулканической молнии. Чрезвычайно низкие температуры помогают конденсировать водяные пары в шлейфе вулкана, прежде чем замерзнуть частицы воды в лед. Холодная температура также способствует зарядке льда, что приводит к большей электрической активности.

Индуцированные молнией вулканические шарики (LIVS)

Исследования и экспериментальные исследования вулканических отложений подтвердили, что вулканическая молния производит побочный продукт, известный как вызванные молнией вулканические шарики (LIVS). Небольшие стеклянные шарики образуются во время высокотемпературных процессов, в том числе ударов молнии от облака к земле. Температура молнии может превышать 30000 ° C, и когда молния попадает в частицы пепла в вулканическом шлейфе, может произойти одно из двух. Удар молнии может либо полностью испарять пепел, либо расплавить пепел, который затвердевает по мере того, как охлаждается и образует сферы. Присутствие LIVS служит геологическим доказательством вулканической молнии, даже если она не наблюдалась напрямую.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *