stringtranslate.com

Вулканическая молния

Вулканическая молния — это электрический разряд, вызванный извержением вулкана , а не обычной грозой . Вулканическая молния возникает из-за столкновения, фрагментации частиц вулканического пепла (иногда льда ), [1] [2], которые генерируют статическое электричество внутри вулканического шлейфа , [3] что привело к названию грязная гроза . [4] [5] Влажные конвекционные потоки и образование льда также управляют динамикой шлейфа извержения [6] [7] и могут вызвать вулканическую молнию. [8] [9] В отличие от обычных гроз, вулканическая молния может также возникать, когда в облаке пепла нет ледяных кристаллов. [10] [11]

Самые ранние зарегистрированные наблюдения вулканической молнии [12] принадлежат Плинию Младшему , который описывает извержение Везувия в 79 году нашей эры: «Была густейшая тьма, которая становилась еще более ужасающей из-за прерывистого мерцания факелов, временами заслоняемого мимолетной вспышкой молнии». [13] Первые исследования вулканической молнии также проводились на Везувии Луиджи Пальмиери [14], который наблюдал извержения 1858, 1861, 1868 и 1872 годов из обсерватории Везувия . Эти извержения часто сопровождались молнией. [13]

Случаи были зарегистрированы над вулканом Маунт-Огастин на Аляске [15], Эйяфьятлайокудль и Гримсвотн в Исландии [16], Этной на Сицилии , Италия [ 17], вулканом Тааль на Филиппинах [18], горой Руанг в Индонезии [19] и вулканом Фуэго в Гватемале [20] .

Механизмы зарядки

Зарядка льда

Извержение вулкана Ринджани в 1994 году

Считается, что зарядка льда играет важную роль в определенных типах извержений, особенно тех, которые поднимаются выше уровня замерзания или связаны с взаимодействием магмы и воды . [21] Обычные грозы производят молнии посредством зарядка льда, [22] поскольку водяные облака электризуются от столкновения ледяных кристаллов и других гидрометеоров . [23] Вулканические шлейфы также могут нести обильную воду. [24] Эта вода поступает из магмы, [25] испаряется из окружающих источников, таких как озера и ледники, [26] и увлекается из окружающего воздуха, когда шлейф поднимается через атмосферу. [6] Одно исследование показало, что содержание воды в вулканических шлейфах может быть больше, чем в грозах. [27] Вода изначально переносится в виде горячего пара , который конденсируется в жидкость в восходящей колонне и в конечном итоге замерзает, превращаясь в лед, если шлейф остывает значительно ниже температуры замерзания. [28] Некоторые извержения даже вызывают вулканический град. [7] [29] В поддержку гипотезы о зарядке льда можно привести наблюдение, что активность молний значительно возрастает, как только вулканические шлейфы поднимаются выше уровня замерзания, [30] [21] и доказательства того, что ледяные кристаллы в верхней части вулканического облака являются эффективными носителями заряда. [9]

Фрикционная зарядка

Трибоэлектрическая (фрикционная) зарядка внутри шлейфа вулкана во время извержения считается основным механизмом электрической зарядки. Электрические заряды генерируются, когда обломки горных пород, пепел и частицы льда в вулканическом шлейфе сталкиваются и производят статические заряды , подобно тому, как частицы льда сталкиваются во время обычных гроз . [12] Конвективная активность, заставляющая шлейф подниматься, затем разделяет различные области заряда, в конечном итоге вызывая электрический пробой.

Фрактоэмиссионный

Фрактоэмиссия — это генерация заряда посредством разрушения частиц породы. Это может быть существенным источником заряда вблизи извергающегося жерла. [31]

Радиоактивная зарядка

Хотя считается, что это оказывает небольшое влияние на общую зарядку вулканических шлейфов, естественные радиоизотопы в выброшенных частицах породы могут, тем не менее, влиять на зарядку частиц. [32] В исследовании, проведенном на частицах пепла извержений Эйяфьятлайокудль и Гримсвотн , ученые обнаружили, что оба образца обладали естественной радиоактивностью выше фонового уровня, но что радиоизотопы были маловероятным источником самозарядки в шлейфе Эйяфьятлайокудль. [33] Однако существовала вероятность большего заряда вблизи жерла, где размер частиц больше. [32] Исследования продолжаются, и электризация через радиоизотопы, такие как радон , может в некоторых случаях быть значительной и при различных величинах являться довольно распространенным механизмом. [34]

Высота шлейфа

Высота пеплового шлейфа, по-видимому, связана с механизмом, который генерирует молнию. В более высоких пепловых шлейфах (7–12 км) большие концентрации водяного пара могут способствовать грозовой активности, в то время как меньшие пепловые шлейфы (1–4 км), по-видимому, получают больше своего электрического заряда от фрагментации горных пород вблизи жерла вулкана (фрактоемиссия). [30] Температура атмосферы также играет роль в образовании молнии. Более низкие температуры окружающей среды способствуют замерзанию и зарядке льда внутри шлейфа, что приводит к большей электрической активности. [35] [33]

Вулканические шарики, образовавшиеся под воздействием молнии

Экспериментальные исследования и изучение вулканических отложений показали, что вулканические молнии создают побочный продукт, известный как «вызванные молнией вулканические сферулы» (LIVS). [36] [37] Эти крошечные стеклянные сферулы образуются во время высокотемпературных процессов, таких как удары молнии от облака к земле, аналогичные фульгуритам . [36] Температура молнии может достигать 30 000 °C. Когда эта молния контактирует с частицами пепла внутри шлейфа, она может сделать одно из двух: (1) полностью испарить частицы пепла, [38] или (2) заставить их расплавиться, а затем быстро затвердеть по мере охлаждения, образуя шарообразные формы. [37] Наличие вызванных молнией вулканических сферул может предоставить геологические доказательства вулканической молнии, когда сама молния не наблюдалась напрямую. [36]

Ссылки

  1. ^ Фриц, Анджела (2016). «Ученые думают, что разгадали тайну формирования вулканической молнии». The Washington Post .
  2. ^ Малвани, Киран (2016). «Тайна вулканической молнии объяснена». Искатель .
  3. ^ Липума, Лорен (2016). «Новые исследования раскрывают загадочные процессы, которые генерируют вулканические молнии». Американский геофизический союз, блог GeoSpace .
  4. ^ Хоблитт, Ричард П. (2000). «Был ли боковой взрыв 18 мая 1980 года на горе Сент-Хеленс результатом двух взрывов?». Философские труды Лондонского королевского общества. Серия A: Математические, физические и инженерные науки . 358 (1770): 1639–1661. Bibcode : 2000RSPTA.358.1639H. doi : 10.1098/rsta.2000.0608. S2CID  92549298.
  5. ^ Беннетт, А. Дж.; Одамс, П.; Эдвардс, Д.; Арасон, Ю. (01.10.2010). «Мониторинг молний от извержения вулкана Эйяфьятлайокудль в апреле–мае 2010 г. с использованием сети определения местоположения молний с очень низкой частотой». Environmental Research Letters . 5 (4): 044013. Bibcode :2010ERL.....5d4013B. doi : 10.1088/1748-9326/5/4/044013 . ISSN  1748-9326.
  6. ^ ab Woods, Andrew W. (1993). «Влажная конвекция и выброс вулканического пепла в атмосферу». Журнал геофизических исследований: Solid Earth . 98 (B10): 17627–17636. Bibcode : 1993JGR....9817627W. doi : 10.1029/93JB00718.
  7. ^ ab Van Eaton, Alexa R.; Mastin, Larry G.; Herzog, Michael; Schwaiger, Hans F.; Schneider, David J.; Wallace, Kristi L.; Clarke, Amanda B. (2015-08-03). "Образование града вызывает быстрое скопление пепла в вулканических шлейфах". Nature Communications . 6 (1): 7860. Bibcode :2015NatCo...6.7860V. doi : 10.1038/ncomms8860 . ISSN  2041-1723. PMC 4532834 . PMID  26235052. 
  8. ^ Уильямс, Эрл Р.; МакНатт, Стивен Р. (2005). «Общее содержание воды в облаках вулканических извержений и его влияние на электрификацию и молнию» (PDF) . Труды 2-й Международной конференции по вулканическому пеплу и безопасности полетов : 67–71.
  9. ^ аб Ван Итон, Алекса Р.; Амиго, Альваро; Бертен, Дэниел; Мастин, Ларри Г.; Джакоза, Рауль Э.; Гонсалес, Херонимо; Вальдеррама, Оскар; Фонтейн, Карен; Бенке, Соня А. (12 апреля 2016 г.). «Вулканические молнии и поведение шлейфов свидетельствуют о развивающихся опасностях во время извержения вулкана Кальбуко в Чили в апреле 2015 года». Письма о геофизических исследованиях . 43 (7): 3563–3571. Бибкод : 2016GeoRL..43.3563V. дои : 10.1002/2016gl068076 . ISSN  0094-8276.
  10. ^ Cimarelli, C.; Alatorre-Ibargüengoitia, MA; Kueppers, U.; Scheu, B.; Dingwell, DB (2014). «Экспериментальное генерация вулканической молнии». Geology . 42 (1): 79–82. Bibcode : 2014Geo....42...79C. doi : 10.1130/g34802.1 . ISSN  1943-2682.
  11. ^ Симарелли, К.; Алаторре-Ибаргуэнгоития, Массачусетс; Айзава, К.; Йоко, А.; Диас-Марина, А.; Игучи, М.; Дингуэлл, Д.Б. (06 мая 2016 г.). «Многопараметрическое наблюдение вулканических молний: вулкан Сакурадзима, Япония». Письма о геофизических исследованиях . 43 (9): 4221–4228. Бибкод : 2016GeoRL..43.4221C. дои : 10.1002/2015gl067445 . ISSN  0094-8276.
  12. ^ ab Mather, TA; Harrison, RG (июль 2006 г.). «Электрификация вулканических шлейфов». Surveys in Geophysics . 27 (4): 387–432. Bibcode :2006SGeo...27..387M. doi :10.1007/s10712-006-9007-2. ISSN  0169-3298. S2CID  53140261.
  13. ^ ab "История вулканических молний | Мир вулканов | Университет штата Орегон". renal.oregonstate.edu . 27 мая 2010 . Получено 2018-05-09 .
  14. ^ Перроне, Алессио. «Непокорный вулканолог пережил 5 извержений, живя на Везувии». Scientific American . Springer Nature . Получено 19 апреля 2024 г. .
  15. ↑ Handwerk, Brian (22 февраля 2007 г.). «Вулканическая молния, вызванная «грязными грозами»». National Geographic. Архивировано из оригинала 25 февраля 2007 г. Получено 09.01.2009 .
  16. ^ "Фотографии вулкана в Исландии: молния добавляет вспышку к пеплу". National Geographic. 19 апреля 2010 г. Архивировано из оригинала 21 апреля 2010 г. Получено 20 апреля 2010 г.
  17. ↑ Сэмпл, Иэн (3 декабря 2015 г.). «Небо над Сицилией озаряется извержением кратера Ворагина на горе Этна». The Guardian . Получено 03.12.2015 .
  18. ^ Борбон, Кристиан. "Филиппины: Вулкан около Манилы извергает гигантский столб пепла". Gulf News . Получено 12 января 2020 г. .
  19. ^ "Гунунг Руанг Кембали Эрупси, Варга Диимбау Менгунгси" . CNN Индонезия . Проверено 17 апреля 2024 г.
  20. ↑ Кута, Сара (15 мая 2024 г.). «Молния ослепила зрителей, наблюдающих за извержением вулкана Фуэго в Гватемале». Smithsonian Magazine.
  21. ^ ab Arason, Pordur; Bennett, Alec J.; Burgin, Laura E. (2011). "Механизм заряда вулканической молнии, выявленный во время извержения Эйяфьятлайокудля в 2010 году". Journal of Geophysical Research . 116 (B12): B00C03. Bibcode : 2011JGRB..116.0C03A. doi : 10.1029/2011jb008651 . ISSN  0148-0227.
  22. ^ Saunders, CPR (1993). "Обзор процессов электрификации гроз". Журнал прикладной метеорологии . 32 (4): 642–65. Bibcode :1993JApMe..32..642S. doi : 10.1175/1520-0450(1993)032<0642:AROTEP>2.0.CO;2 .
  23. ^ Дейерлинг, Вибке; Петерсен, Вальтер А.; Латам, Джон; Эллис, Скотт; Кристиан, Хью Дж. (15 августа 2008 г.). «Связь между молниевой активностью и потоками льда во время гроз». Журнал геофизических исследований . 113 (D15): D15210. Bibcode : 2008JGRD..11315210D. doi : 10.1029/2007jd009700 . ISSN  0148-0227.
  24. ^ Glaze, Lori S.; Baloga, Stephen M.; Wilson, Lionel (1997-03-01). «Транспорт атмосферного водяного пара колоннами вулканических извержений». Journal of Geophysical Research: Atmospheres . 102 (D5): 6099–6108. Bibcode : 1997JGR...102.6099G. doi : 10.1029/96jd03125 . ISSN  0148-0227.
  25. ^ Кэшман, Кэтрин В.; Шой, Беттина (2015), «Магматическая фрагментация», Энциклопедия вулканов , Elsevier, стр. 459–471, doi :10.1016/b978-0-12-385938-9.00025-0, ISBN 9780123859389
  26. ^ Хоутон, Брюс; Уайт, Джеймс DL; Ван Итон, Алекса Р. (2015), «Фреатомагматические и связанные с ними стили извержений», Энциклопедия вулканов , Elsevier, стр. 537–552, doi :10.1016/B978-0-12-385938-9.00030-4, ISBN 9780123859389
  27. ^ Макнатт, Стивен Р.; Уильямс, Эрл Р. (2010-08-05). «Вулканическая молния: глобальные наблюдения и ограничения на механизмы источника». Бюллетень вулканологии . 72 (10): 1153–1167. Bibcode : 2010BVol...72.1153M. doi : 10.1007/s00445-010-0393-4. ISSN  0258-8900. S2CID  59522391 – через Research Gate.
  28. ^ Дюрант, А. Дж.; Шоу, Р. А.; Роуз, Висконсин; Ми, И.; Эрнст, Г. Г. Дж. (15.05.2008). «Зарождение и засев льда в вулканических облаках». Журнал геофизических исследований . 113 (D9): D09206. Bibcode : 2008JGRD..113.9206D. doi : 10.1029/2007jd009064 . ISSN  0148-0227.
  29. ^ Арасон, Тордур; Торлаксдоттир, СБ; и др. (2013). «Свойства града, содержащего пепел, во время извержения Гримсвотна в 2011 году и их значение для обнаружения вулканических колонн с помощью радаров» (PDF) . Geophysical Research Abstracts . 15 : EGU2013–EGU4797. Bibcode : 2013EGUGA..15.4797A.
  30. ^ ab McNutt, SR (2 июня 2008 г.). «Вулканическая молния: глобальные наблюдения и ограничения на механизмы источника». Бюллетень вулканологии . 72 (10): 1153–1167. Bibcode : 2010BVol...72.1153M. doi : 10.1007/s00445-010-0393-4. S2CID  59522391 – через Research Gate.[ требуется разъяснение ]
  31. ^ Джеймс, MR; Лейн, SJ; Гилберт, JS (2000). «Электрификация вулканического шлейфа: экспериментальное исследование механизма зарядки трещин». Журнал геофизических исследований: Solid Earth . 105 (B7): 16641–16649. Bibcode : 2000JGR...10516641J. doi : 10.1029/2000JB900068 . ISSN  2156-2202.
  32. ^ ab Alpin, Karen; et al. (2014). "Электронная зарядка вулканического пепла" (PDF) . Electrostatics.org . Получено 8 мая 2018 г. .
  33. ^ ab Aplin, KL; Bennett, AJ; Harrison, RG; Houghton, IMP (2016), «Электростатика и отбор проб вулканических шлейфов на месте», Volcanic Ash , Elsevier, стр. 99–113, doi :10.1016/b978-0-08-100405-0.00010-0, ISBN 9780081004050
  34. ^ Николл, Кери; М. Эйри; К. Чимарелли; А. Беннетт; Г. Харрисон; Д. Годен; К. Аплин; К. Л. Кох; М. Кнювер; Г. Марлтон (2019). "Первые наблюдения In Situ электрификации газового вулканического шлейфа" (PDF) . Geophys. Res. Lett . 46 (6): 3532–3539. Bibcode :2019GeoRL..46.3532N. doi : 10.1029/2019GL082211 .
  35. ^ Беннетт, А. Дж.; Одамс, П.; Эдвардс, Д.; Арасон, Ш. (2010). «Мониторинг молний от извержения вулкана Эйяфьятлайокудль в апреле–мае 2010 г. с использованием сети определения местоположения молний с очень низкой частотой». Environmental Research Letters . 5 (4): 044013. Bibcode :2010ERL.....5d4013B. doi : 10.1088/1748-9326/5/4/044013 .
  36. ^ abc Genareau, Kimberly; Wardman, John B.; Wilson, Thomas M.; McNutt, Stephen R.; Izbekov, Pavel (2015). «Вулканические сферулы, вызванные молнией». Geology . 43 (4): 319–322. Bibcode : 2015Geo....43..319G. doi : 10.1130/G36255.1 . ISSN  1943-2682.
  37. ^ ab Perkins, Sid (4 марта 2015 г.). «Вспышка стекла: молнии внутри вулканического пепла создают стеклянные шарики». Американская ассоциация содействия развитию науки.
  38. ^ Женаро, К.; Гаргаби, П.; Гаффорд, Дж.; Маццола, М. (2017). «Неуловимое свидетельство вулканической молнии». Научные отчеты . 7 (1): 15508. Бибкод : 2017НатСР...715508Г. дои : 10.1038/s41598-017-15643-8. ISSN  2045-2322. ПМК 5686202 . ПМИД  29138444. 

Внешние ссылки