"… Ние, хората на Земята, сме твърде малки, за да изчистим вулканите си. Ето защо те ни създават толкова много проблеми."
Антоан дьо Сент-Екзюпери „Малкият принц“
Вероятно всички сте виждали този тип светкавици. Интересен феномен! Всякакви фантастични филми веднага идват на ум … "Властелинът на пръстените" например:-)
Предлагам да видя селекция от този бунт на природата и недрата на земята. Почти всички снимки са кликащи.
Причината за появата на обикновена светкавица по време на гръмотевична буря остава обект на изследване, а естеството на вулканичните мълнии е още по-малко разбрано. Една хипотеза предполага, че изхвърлените мехурчета от магма или вулканична пепел са електрически заредени и те се движат, за да създадат такива разделени области. Вулканичните мълнии обаче могат да бъдат причинени и от зареждане на сблъсъци във вулканичен прах.
Промоционално видео:
Учените успяха да регистрират електрическа активност в облак от вулканична пепел с безпрецедентна резолюция и да идентифицират два вида мълнии, които се появяват по време на изригване. Изригването на вулкана Редут, разположен в Аляска, беше предшествано от характерна сеизмична активност, което позволи на екип от учени от Миннодобивния институт в Ню Мексико да имат време да установят мрежа от миниатюрни наблюдателни станции в близост до кратера.
Те бяха снабдени с ултра къси вълнови радио детектори, които регистрираха удари на мълния в облака на пепелта, който беше изхвърлен. По време на изригването вулканолозите наблюдават 16 мощни бури, които им предоставят голямо количество данни за последващ анализ.
В резултат на това учените успяха да открият, че вулканичните светкавици са разделени на два вида: сравнително малки, срещащи се непосредствено близо до кратера, и мощни, наблюдавани високо в облак от пепел. Според учените и двете имат различен характер. Малките болтове с ниска светкавица са резултат от електрическите процеси в магмата, тъй като се разпада на много малки частици. Големи гръмоотводи в облак на пепел се появяват, когато температурата падне под -20 градуса по Целзий, когато преохладените водни капчици замръзнат. Подобни процеси се причиняват от зауствания в облаците по време на гръмотевични бури. Учените също откриха връзка между височината на облака на пепелта и силата и честотата на ударите на мълнии.
Разглеждат се основните физични процеси, отговорни за електрификацията на газо-топлинен облак над вулкан. Анализирани са някои характеристики на механиката на вулканичния аерозол и неговото гравитационно разделяне. Показано е, че най-важните сред многото физически и физикохимични процеси на генериране и разделяне на заряди във вулканичен облак са термионното излъчване и термоелектриката. Изчисляват се основните закони, регулиращи електрификацията на аерозолните частици по време на тези процеси. Установено е, че за образуването на мълния във вулканичен облак изтласкващият материал трябва да съдържа забележимо количество от фина фракция (1-30 микрона). Накратко са анализирани възможностите за участие на други физически процеси в електрификацията на аерозолните частици и вулканичния облак като цяло. Отчитат се и кинетиката на разделянето на заряда и условията за образуване на мълния във вулканични облаци. Показана е връзката между интензивността на електрическите процеси и енергията и силата на изригването. Заключено е, че е необходимо да се измери електрическата активност на топлинните облаци заедно с изследване на кинетиката на отстраняване на масата и определяне на началната температура на изхвърлящия материал.
Електрическите явления в аерозолите са много разнообразни както по форма, така и по интензитет. Електрическите процеси в природните аерозоли са най-грандиозни при големи обеми (десетки и стотици хиляди кубически метра) и високи напрежения (до стотици мегаволта) [1, 2]. Честотата на мълниите при гръмотевични бури понякога достига 0,05 - 0,2 s-1. Въпреки това, най-високата интензивност на електрическите процеси се наблюдава в сухи облаци газ-топлина над вулкани (виж библиография в [3]). Големи светкавици се удрят всяка секунда (едно от които е показано на фиг. 1), много по-чести малки искрови заряди с дължина 8-10 м, интензивно и продължително сияние на корона в области, обхванати от вулканичен облак - това е кратък списък на онези явления, наблюдавани по време на вулканични изригвания …
Не всяко изригване е придружено от мълния. Това означава, че интензитетът на електрификация на вулканичния аерозол по същество зависи от характеристиките на изригването. Най-общо казано, електрифицирането на аерозолните частици може да се случи по много причини, свързани с физически и физикохимични процеси в облак газ-шлака-топлина [3, 4]. Въпреки това, с оглед на факта, че интензитетът на електрификация на вулканичния аерозол е много по-висок от този на всички други известни аерозоли [3 - 6], е възможно да се разграничат редица специфични процеси, които играят главната роля във вулканичния облак.
- Най-важните характеристики на вулканичния аерозол са:
- много висока температура;
- голяма разлика в температурата на твърдите аерозолни частици както помежду си, така и по отношение на околния газ;
- силна нестационарност на системата от вулканични частици пепел, суспендирани в газ. Ако обикновените аерозоли са по-стари от 1 мин и изчислените концентрации на такъв аерозол вече не могат да надвишават на = 103 част / см3, тогава процесите на електризация на вулканичен аерозол протичат при концентрации n »107 - 109 част / cm3 и, както ще бъде показано по-долу, практически завършват с края на втората секунда от съществуването на аерозола;
- вулканичен аерозол, за разлика от всички останали, включва пепел, лапили, шлаки и дори вулканични бомби, т.е. целият спектър на масата от ~ 10-12 до> 103 g.
В тази работа са разгледани два механизма на електрификация на пепелни вулканични частици, а именно термоемизия на електрони и термоелектричност. Изчисляването на процеса на термионните емисии дава възможност да се определи минималната начална температура Tmin на изхвърлящия материал, под която интензитетът на термионните емисии е толкова нисък, че той вече не може да осигури забележима електрификация. Продължителността на действието на термионния механизъм се определя от времето за охлаждане на частиците от началната температура до фиксиран Tmin и може да варира от ~ 0,1 до ~ 10 s. Показано е също, че термоелектрическият механизъм на електризация на вулканични аерозолни частици няма температурен "праг", следователно обхватът на действие на този механизъм по отношение на температурата е по-голям от този на термионното, а интервалът от време се дължи на времето на разреждане на аерозола и е почти постоянен (~ 1,5 s).
Въпреки че термоелектрическият механизъм на електрификация понякога е по-нисък от термоемизията по отношение на скоростта на генериране на заряд, той е много по-широк в обхвата на действие, тъй като функционира във всякакви аерозоли, ако има разлика в температурата на контактуващите частици DT ~ ~ 10 K и по-висока. Показано е също, че други механизми на електрификация, обсъдени в литературата (пиезоелектричество, балоелектричен ефект, триене на частици и газови струи и др.), Не могат да играят значителна роля при формирането на електрически заряди и светкавици над вулкани, главно поради липсата на насоченост на тези процеси, необходими за натрупването и разделянето на заряда в макроскопичен мащаб. Нека си припомним, че за появата на мълния са необходими два процеса: електрификация на частиците в микроскопичен мащаб и разделяне на заряди в мащаба на целия облак. Вторият е по-дълъг,следователно мълнията се появява много по-късно от началото на изтласкването.
Макроскопичните процеси се разглеждат в тази работа по-кратко. Сложността на процесите на утаяване и разделяне на зареден аерозол при условия на турбулентно смесване на различни по мащаб облаци на вулканичен облак не позволява строго изчисление, затова се ограничихме да използваме (където е възможно) аналогии с процесите в гръмотевичните вълни. В резултат на това бяха формулирани критерии, чието изпълнение е необходимо за появата на мълнии с различни мащаби.