Вулканическая молния
| Вулканическая молния | |
|---|---|
 Вулканические молнии во время январе 2020 года. в извержения вулкана Тааль | |
| Эффект | Молния |
| Часть серии о |
| Погода |
|---|
 Погодный портал |
Вулканическая молния — это электрический разряд, вызванный извержением вулкана, а не обычной грозой . Вулканическая молния возникает в результате сталкивающихся, фрагментирующихся частиц вулканического пепла (а иногда и льда ), [1] [2] которые генерируют статическое электричество внутри вулканического шлейфа , [3] что привело к названию грязной грозы . [4] [5] Влажные конвекционные потоки и образование льда также влияют на динамику шлейфа извержения. [6] [7] и может вызвать вулканическую молнию. [8] [9] В отличие от обычных гроз, вулканическая молния может возникнуть и тогда, когда в облаке пепла нет кристаллов льда. [10] [11]
Самые ранние зарегистрированные наблюдения вулканических молний [12] взяты из Плиния Младшего , описывающего извержение Везувия . в 79 году нашей эры: «Была самая интенсивная тьма, которая становилась еще более ужасающей из-за прерывистого света факелов в промежутки времени, затмеваемые мимолетными вспышками молний» [13] Первые исследования вулканических молний были также проведены на горе Везувий Луиджи Пальмьери. [14] извержения 1858, 1861, 1868 и 1872 годов наблюдавший из обсерватории Везувия . Эти извержения часто сопровождались молниеносной активностью. [13]
Случаи были зарегистрированы над Маунт-Огастин на Аляске. вулканом [15] Исландские Эйяфьятлайокудль и Гримсвотн . [16] Гора Этна на Сицилии , Италия , [17] Вулкан Тааль на Филиппинах , [18] [19] и гора Руанг в Индонезии. [20]
Зарядные механизмы
[ редактировать ]Ледяная зарядка
[ редактировать ]
Считается, что заряд льда играет важную роль в определенных типах шлейфов извержений, особенно в тех, которые поднимаются выше уровня замерзания или включают взаимодействие магмы и воды . [21] Обычные грозы производят молнии из-за заряда льда [22] поскольку водяные облака электризуются от сталкивающихся кристаллов льда и других гидрометеоров . [23] Вулканические шлейфы также могут нести обильную воду. [24] Эта вода добывается из магмы, [25] испаряется из окружающих источников, таких как озера и ледники, [26] и уносится 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 первоначально переносится в виде горячего пара , который конденсируется в жидкость в восходящем столбе и в конечном итоге замерзает до состояния льда , если шлейф охлаждается значительно ниже точки замерзания. [28] Некоторые извержения даже вызывают вулканический град. [7] [29] В поддержку гипотезы обледенения включается наблюдение о том, что молниевая активность значительно возрастает, когда вулканические шлейфы поднимаются выше уровня замерзания. [30] [21] и доказательства того, что кристаллы льда в наковальне вулканического облака являются эффективными носителями заряда. [9]
Фрикционная зарядка
[ редактировать ]Считается, что трибоэлектрический (фрикционный) заряд внутри шлейфа вулкана во время извержения является основным механизмом электрического заряда. Электрические заряды генерируются, когда фрагменты горных пород, пепел и частицы льда в вулканическом шлейфе сталкиваются и создают статические заряды , подобно тому, как частицы льда сталкиваются во время обычных гроз . [12] Конвективная активность, вызывающая подъем шлейфа, затем разделяет различные области заряда, что в конечном итоге вызывает электрический пробой.
Фрактоэмиссия
[ редактировать ]Фрактоэмиссия – это образование заряда в результате распада частиц горной породы. Это может быть существенным источником заряда вблизи извергающегося жерла. [31]
Радиоактивная зарядка
[ редактировать ]Хотя считается, что это оказывает небольшое влияние на общий заряд вулканических шлейфов, естественные радиоизотопы, содержащиеся в выброшенных частицах породы, тем не менее могут влиять на заряд частиц. [32] В исследовании, проведенном на частицах пепла извержений Эйяфьятлайокудль и Гримсвётн , ученые обнаружили, что оба образца обладали естественной радиоактивностью выше фонового уровня, но радиоизотопы были маловероятным источником самозарядки в шлейфе Эйяфьятлайокудль. [33] Однако существовала вероятность большего заряда вблизи вентиляционного отверстия, где размер частиц больше. [32] Исследования продолжаются, и электрификация с помощью радиоизотопов, таких как радон , может в некоторых случаях быть значительным и при различных величинах является довольно распространенным механизмом. [34]
Высота шлейфа
[ редактировать ]Высота шлейфа пепла , по-видимому, связана с механизмом генерации молнии. 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 большую часть своего электрического заряда за счет фрагментации горных пород возле жерла вулкана ( фрактоэмиссия). [30] Температура атмосферы также играет роль в образовании молний. Более низкие температуры окружающей среды способствуют замерзанию и заряду льда внутри шлейфа, что приводит к увеличению электрической активности. [35] [33]
Вулканические сферулы, вызванные молнией
[ редактировать ]Экспериментальные исследования и исследование вулканических отложений показали, что вулканическое освещение создает побочный продукт, известный как «вызванные молнией вулканические сферы » (LIVS). [36] [37] Эти крошечные стеклянные шарики образуются во время высокотемпературных процессов, таких как удары молний из облака в землю, аналогично фульгуритам . [36] Температура молнии может достигать 30 000 °C. Когда этот болт контактирует с частицами пепла внутри шлейфа, он может сделать одно из двух: (1) полностью испарить частицы пепла; [38] или (2) заставить их плавиться, а затем быстро затвердевать по мере охлаждения, образуя сферы. [37] Присутствие вулканических сфер, вызванных молниями, может служить геологическим свидетельством существования вулканической молнии, когда сама молния не наблюдалась напрямую. [36]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Фриц, Анджела (2016). «Ученые думают, что они разгадали тайну образования вулканических молний» . Вашингтон Пост .
- ^ Малвейни, Киран (2016). «Разгадана тайна вулканической молнии» . Искатель .
- ^ Липума, Лорен (2016). «Новые исследования раскрывают загадочные процессы, которые порождают вулканические молнии» . Блог Американского геофизического союза GeoSpace .
- ^ 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 А: Математические, физические и технические науки . 358 (1770): 1639–1661. Бибкод : 2000RSPTA.358.1639H . дои : 10.1098/rsta.2000.0608 . S2CID 92549298 .
- ^ Беннетт, Эй Джей; Одамс, П; Эдвардс, Д; Арасон, Þ (1 октября 2010 г.). «Мониторинг молний во время извержения вулкана Эйяфьятлайокудль в апреле – мае 2010 г. с использованием очень низкочастотной сети определения местоположения молний» . Письма об экологических исследованиях . 5 (4): 044013. Бибкод : 2010ERL.....5d4013B . дои : 10.1088/1748-9326/5/4/044013 . ISSN 1748-9326 .
- ^ Jump up to: а б Вудс, Эндрю В. (1993). «Влажная конвекция и выброс вулканического пепла в атмосферу». Журнал геофизических исследований: Solid Earth . 98 (Б10): 17627–17636. Бибкод : 1993JGR....9817627W . дои : 10.1029/93JB00718 .
- ^ Jump up to: а б Ван Итон, Алекса Р.; Мастин, Ларри Г.; Херцог, Майкл; Швайгер, Ганс Ф.; Шнайдер, Дэвид Дж.; Уоллес, Кристи Л.; Кларк, Аманда Б. (3 августа 2015 г.). «Образование града вызывает быстрое скопление пепла в вулканических шлейфах» . Природные коммуникации . 6 (1): 7860. Бибкод : 2015NatCo...6.7860V . дои : 10.1038/ncomms8860 . ISSN 2041-1723 . ПМЦ 4532834 . ПМИД 26235052 .
- ^ Уильямс, Эрл Р.; МакНатт, Стивен Р. (2005). «Общее содержание воды в облаках извержений вулканов и последствия для электрификации и молний» (PDF) . Материалы 2-й Международной конференции по вулканическому пеплу и авиационной безопасности : 67–71.
- ^ Jump up to: а б 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 указывают на развивающиеся опасности 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 .
- ^ Симарелли, К.; Алаторре-Ибаргуэнгоития, Массачусетс; Купперс, Ю.; Шой, Б.; Дингуэлл, Д.Б. (2014). «Экспериментальная генерация вулканических молний» . Геология . 42 (1): 79–82. Бибкод : 2014Geo....42...79C . дои : 10.1130/g34802.1 . ISSN 1943-2682 .
- ^ 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 .
- ^ Jump up to: а б Мэзер, штат Калифорния; Харрисон, Р.Г. (июль 2006 г.). «Электрификация вулканических шлейфов». Исследования в области геофизики . 27 (4): 387–432. Бибкод : 2006SGeo...27..387M . дои : 10.1007/s10712-006-9007-2 . ISSN 0169-3298 . S2CID 53140261 .
- ^ Jump up to: а б «История вулканических молний | Мир вулканов | Университет штата Орегон» . вулкан.oregonstate.edu . 27 мая 2010 года . Проверено 9 мая 2018 г.
- ^ Перроне, Алессио. «Непокорный вулканолог пережил пять извержений, живя на Везувии» . Научный американец . Спрингер Природа . Проверено 19 апреля 2024 г.
- ^ Хандверк, Брайан (22 февраля 2007 г.). «Вулканическая молния, вызванная «Грязной грозой» » . Нэшнл Географик. Архивировано из оригинала 25 февраля 2007 года . Проверено 9 января 2009 г.
- ^ «Фотографии вулкана в Исландии: молния добавляет вспышку к пеплу» . Нэшнл Географик. 19 апреля 2010 года. Архивировано из оригинала 21 апреля 2010 года . Проверено 20 апреля 2010 г.
- ^ Сэмпл, Ян (3 декабря 2015 г.). «Небо над Сицилией озаряется извержением кратера Ворагине на горе Этна» . Хранитель . Проверено 3 декабря 2015 г.
- ^ ДИ САНТОЛО, АЛЕССАНДРА СКОТТО. «Извержение вулкана на Филиппинах: ужасающее видео вулкана Тааль, производящего удары молний» . Проверено 12 января 2020 г.
- ^ Бурбон, Кристиан. «Филиппины: Вулкан возле Манилы извергает гигантский столб пепла» . Новости Персидского залива . Проверено 12 января 2020 г.
- ^ «Гора Руанг снова извергается, жителей призывают эвакуироваться» . CNN Индонезия . Проверено 17 апреля 2024 г.
- ^ Jump up to: а б Арасон, Пордур; Беннетт, Алек Дж.; Бургин, Лаура Э. (2011). «Механизм заряда вулканической молнии, выявленный во время извержения Эйяфьятлайокудля в 2010 году» . Журнал геофизических исследований . 116 (Б12): B00C03. Бибкод : 2011JGRB..116.0C03A . дои : 10.1029/2011jb008651 . ISSN 0148-0227 .
- ^ Сондерс, КНР (1993). «Обзор процессов грозовой электрификации» . Журнал прикладной метеорологии . 32 (4): 642–65. Бибкод : 1993JApMe..32..642S . doi : 10.1175/1520-0450(1993)032<0642:AROTEP>2.0.CO;2 .
- ^ Дайрлинг, Вибке; Петерсен, Уолтер А.; Лэтэм, Джон; Эллис, Скотт; Кристиан, Хью Дж. (15 августа 2008 г.). «Взаимосвязь между молниеносной активностью и ледяными потоками во время грозы» . Журнал геофизических исследований . 113 (Д15): Д15210. Бибкод : 2008JGRD..11315210D . дои : 10.1029/2007jd009700 . ISSN 0148-0227 .
- ^ Глейз, Лори С.; Балога, Стивен М.; Уилсон, Лайонел (1 марта 1997 г.). «Перенос атмосферного водяного пара столбами извержений вулканов» . Журнал геофизических исследований: Атмосфера . 102 (Д5): 6099–6108. Бибкод : 1997JGR...102.6099G . дои : 10.1029/96jd03125 . ISSN 0148-0227 .
- ^ 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
- ^ Хоутон, Брюс; Уайт, Джеймс Д.Л.; 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
- ^ МакНатт, Стивен Р.; Уильямс, Эрл Р. (5 августа 2010 г.). «Вулканическая молния: глобальные наблюдения и ограничения механизмов источника» . Бюллетень вулканологии . 72 (10): 1153–1167. Бибкод : 2010BVol...72.1153M . дои : 10.1007/s00445-010-0393-4 . ISSN 0258-8900 . S2CID 59522391 – через Research Gate.
- ^ Дюрант, Эй Джей; Шоу, РА; Роуз, Висконсин; Ми, Ю.; Эрнст, GGJ (15 мая 2008 г.). «Зарождение льда и засеивание льда в вулканических облаках» . Журнал геофизических исследований . 113 (Д9): D09206. Бибкод : 2008JGRD..113.9206D . дои : 10.1029/2007jd009064 . ISSN 0148-0227 .
- ^ Арасон, Тордур; Торлаксдоттир, SB; и др. (2013). «Свойства града, наполненного пеплом, во время извержения Гримсвётн в 2011 году и значение для радиолокационного обнаружения вулканических столбов» (PDF) . Тезисы геофизических исследований . 15 : EGU2013–EGU4797. Бибкод : 2013EGUGA..15.4797A .
- ^ Jump up to: а б МакНатт, SR (2 июня 2008 г.). «Вулканическая молния: глобальные наблюдения и ограничения механизмов источника» . Бюллетень вулканологии . 72 (10): 1153–1167. Бибкод : 2010BVol...72.1153M . дои : 10.1007/s00445-010-0393-4 . S2CID 59522391 – через Research Gate. [ нужны разъяснения ]
- ^ Джеймс, MR; Лейн, С.Дж.; Гилберт, Дж.С. (2000). «Электрификация вулканического шлейфа: экспериментальное исследование механизма заряда трещин» . Журнал геофизических исследований: Solid Earth . 105 (Б7): 16641–16649. Бибкод : 2000JGR...10516641J . дои : 10.1029/2000JB900068 . ISSN 2156-2202 .
- ^ Jump up to: а б Альпин, Карен; и др. (2014). «Электронная зарядка вулканического пепла» (PDF) . Электростатика.org . Проверено 8 мая 2018 г.
- ^ Jump up to: а б Аплин, КЛ; Беннетт, Эй Джей; Харрисон, Р.Г.; Хоутон, 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
- ^ Николл, Кери; М. Эйри; К. Симарелли; А. Беннетт; Г. Харрисон; Д. Годен; К. Аплин; КЛ Кох; М. Кнувер; Дж. Марлтон (2019). «Первые наблюдения электрификации газовых вулканических шлейфов на месте» (PDF) . Геофиз. Рез. Летт . 46 (6): 3532–3539. Бибкод : 2019GeoRL..46.3532N . дои : 10.1029/2019GL082211 .
- ^ Беннетт, Эй Джей; Одамс, П.; Эдвардс, Д.; Арасон, Т. (2010). «Мониторинг молний во время извержения вулкана Эйяфьятлайокудль в апреле – мае 2010 г. с использованием очень низкочастотной сети определения местоположения молний» . Письма об экологических исследованиях . 5 (4): 044013. Бибкод : 2010ERL.....5d4013B . дои : 10.1088/1748-9326/5/4/044013 .
- ^ Jump up to: а б с Женаро, Кимберли; Уордман, Джон Б.; Уилсон, Томас М.; МакНатт, Стивен Р.; Избеков, Павел (2015). «Вулканические сферы, вызванные молниями» . Геология . 43 (4): 319–322. Бибкод : 2015Geo....43..319G . дои : 10.1130/G36255.1 . ISSN 1943-2682 .
- ^ Jump up to: а б Перкинс, Сид (4 марта 2015 г.). «Вспышка стекла: молнии внутри шлейфов вулканического пепла создают стеклянные шарики» . Американская ассоциация содействия развитию науки.
- ^ 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 .
