"… Los humanos en la Tierra somos demasiado pequeños para limpiar nuestros volcanes. Por eso nos están causando tantos problemas".
Antoine de Saint-Exupery "El Principito"
Probablemente todos hayan visto este tipo de relámpagos. ¡Un fenómeno interesante! Inmediatamente me viene a la mente todo tipo de películas fantásticas … "El Señor de los Anillos", por ejemplo:-)
Propongo ver una selección de este tumulto de la naturaleza y las entrañas de la tierra. Se puede hacer clic en casi todas las fotos.
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La razón de la ocurrencia de un rayo ordinario durante una tormenta sigue siendo objeto de investigación, y la naturaleza de los rayos volcánicos se comprende aún menos. Una hipótesis sugiere que las burbujas expulsadas de magma o ceniza volcánica están cargadas eléctricamente y que se mueven para crear áreas separadas. Sin embargo, los rayos volcánicos también pueden ser causados por colisiones de carga en polvo volcánico.
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Los científicos pudieron registrar la actividad eléctrica en una nube de ceniza volcánica con una resolución sin precedentes e identificar dos tipos de rayos que ocurren durante una erupción. La erupción del Volcán Redout ubicado en Alaska fue precedida por una actividad sísmica característica, lo que permitió a un equipo de científicos del Instituto de Minería de Nuevo México tener tiempo para establecer una red de estaciones de observación en miniatura cerca del cráter con anticipación.
Se les proporcionó detectores de radio de onda ultracorta, que registraron los rayos en la nube de ceniza que fue arrojada. Durante la erupción, los vulcanólogos observaron 16 poderosas tormentas, lo que les proporcionó una gran cantidad de datos para su posterior análisis.
Como resultado, los científicos pudieron descubrir que los rayos volcánicos se dividen en dos tipos: relativamente pequeños, que ocurren directamente cerca del cráter, y poderosos, observados en lo alto de una nube de cenizas. Según los científicos, ambos son de diferente naturaleza. Los pequeños rayos bajos son el resultado de procesos eléctricos en el magma, ya que se rompe en muchas partículas pequeñas. Grandes relámpagos en una nube de ceniza ocurren cuando la temperatura desciende por debajo de -20 grados Celsius, cuando las gotas de agua superenfriadas se congelan. Procesos similares son causados por descargas en las nubes durante tormentas eléctricas. Los científicos también han encontrado una correlación entre la altura de la nube de cenizas y la potencia y frecuencia de los rayos.
Se consideran los principales procesos físicos responsables de la electrificación de una nube de calor de gas sobre un volcán. Se analizan algunas características de la mecánica del aerosol volcánico y su separación gravitacional. Se muestra que los más importantes entre los muchos procesos físicos y fisicoquímicos de generación y separación de cargas en una nube volcánica son la emisión termoiónica y la termoelectricidad. Se calculan las principales leyes que rigen la electrificación de las partículas de aerosol durante estos procesos. Se encontró que para la formación de un rayo en una nube volcánica, el material de expulsión debe contener una cantidad notable de una fracción fina (1-30 micrones). Se analizan brevemente las posibilidades de participación de otros procesos físicos en la electrificación de las partículas de aerosol y de la nube volcánica en su conjunto. También se consideran la cinética de separación de cargas y las condiciones para la formación de rayos en las nubes volcánicas. Se muestra la relación entre la intensidad de los procesos eléctricos y la energía y el poder de la erupción. Se concluye que es necesario medir la actividad eléctrica de las nubes de calor junto con un estudio de la cinética de remoción de masa y determinación de la temperatura inicial del material de eyección.
Los fenómenos eléctricos en aerosoles son muy diversos tanto en forma como en intensidad. Los procesos eléctricos más grandiosos ocurren en aerosoles naturales en grandes volúmenes (estimados en decenas y cientos de miles de metros cúbicos) y altos voltajes (hasta cientos de megavoltios) [1, 2]. La frecuencia de los relámpagos en las nubes de tormenta a veces alcanza 0.05 - 0.2 s-1. Sin embargo, la mayor intensidad de procesos eléctricos se observa en nubes de calor de gas seco sobre los volcanes (ver bibliografía en [3]). Grandes rayos caen cada segundo (uno de los cuales se muestra en la Fig.1), descargas de chispas pequeñas mucho más frecuentes de 8 a 10 m de largo, brillo de corona intenso y prolongado en áreas cubiertas por una nube volcánica: esta es una breve lista de los fenómenos que se observaron durante las erupciones volcánicas …
No todas las erupciones van acompañadas de rayos. Esto significa que la intensidad de la electrificación del aerosol volcánico depende esencialmente de las características de la erupción. En términos generales, la electrificación de partículas de aerosol puede ocurrir por muchas razones asociadas con procesos físicos y fisicoquímicos en una nube de gas-escoria-calor [3, 4]. Sin embargo, en vista del hecho de que la intensidad de electrificación del aerosol volcánico es mucho mayor que la de todos los demás aerosoles conocidos [3 - 6], es posible distinguir una serie de procesos específicos que desempeñan el papel principal en la nube volcánica.
- Las características más significativas del aerosol volcánico son:
- fiebre muy alta;
- una gran diferencia en la temperatura de las partículas sólidas de aerosol tanto entre sí como en relación con el gas circundante;
- fuerte no estacionariedad del sistema de partículas de ceniza volcánica suspendidas en gas. Si los aerosoles ordinarios tienen más de 1 minuto y las concentraciones calculadas de dicho aerosol ya no pueden exceder na = 103 partes / cm3, entonces los procesos de electrización del aerosol volcánico proceden a concentraciones n »107 - 109 partes / cm3 y, como se mostrará a continuación, prácticamente terminan por el final del segundo segundo de la existencia del aerosol;
- aerosol volcánico, a diferencia de todos los demás, incluye cenizas, lapilli, escoria e incluso bombas volcánicas, es decir, todo el espectro de masas de ~ 10-12 a> 103 g.
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En este trabajo se consideran dos mecanismos de electrificación de partículas volcánicas cenizas-cenizas, a saber, la termoemisión de electrones y la termoelectricidad. El cálculo del proceso de emisión termoiónica permite determinar la temperatura inicial mínima Tmin del material de eyección, por debajo de la cual la intensidad de la emisión termoiónica es tan baja que ya no es capaz de proporcionar una electrificación apreciable. La duración de la acción del mecanismo termoiónico está determinada por el tiempo de enfriamiento de las partículas desde la temperatura inicial hasta una Tmin fija y puede variar de ~ 0,1 a ~ 10 s. También se muestra que el mecanismo termoeléctrico de electrización de partículas de aerosol volcánico no tiene un "umbral" de temperatura, por lo tanto, el rango de acción de este mecanismo en temperatura es mayor que el del termoiónico, y el intervalo de tiempo se debe al tiempo de dilución del aerosol y es casi constante (~ 1,5 s).
Aunque el mecanismo de electrificación termoeléctrica es a veces inferior al de termoemisión en términos de tasa de generación de carga, es mucho más amplio en su rango de acción, ya que funciona en cualquier aerosol si hay una diferencia de temperatura entre las partículas en contacto DT ~ ~ 10 K y más. También se muestra que otros mecanismos de electrificación discutidos en la literatura (piezoelectricidad, efecto globo eléctrico, fricción de partículas y chorros de gas, etc.) no pueden jugar un papel significativo en la formación de cargas eléctricas y rayos sobre los volcanes, principalmente debido a la falta de direccionalidad de estos. procesos necesarios para la acumulación y separación de carga a escala macroscópica. Recordemos que dos procesos son necesarios para la ocurrencia de un rayo: electrificación de partículas a escala microscópica y separación de cargas a escala de toda la nube. El segundo es más largo,por lo tanto, los rayos ocurren mucho más tarde que el inicio de la expulsión.
Los procesos macroscópicos se consideran en este trabajo de manera más concisa. La complejidad de los procesos de sedimentación y separación de aerosoles cargados en las condiciones de mezcla turbulenta de nubes de diferentes escalas de una nube volcánica no permite un cálculo riguroso, por lo que nos limitamos a invocar (cuando fue posible) una analogía con los procesos en nubes de tormenta. Como resultado, se formularon los criterios, cuyo cumplimiento es necesario para la ocurrencia de rayos de diferentes escalas.
