Вулканическая молния - Volcanic lightning

Вулканическая молния
Удар молнии Таал во время извержения (обрезано) .jpg
Вулканические молнии во время Извержение в январе 2020 года из Вулкан Таал
ЭффектМолния
Часть серия на
Погода
Следы глобального тропического циклона-edit2.jpg
Кучевые облака в ясную погоду.jpeg Портал погоды

Вулканическая молния это электрический разряд, вызванный извержение вулкана, а не из обычного гроза. Вулканические молнии возникают в результате столкновения, фрагментации частиц вулканический пепел (и иногда лед ),[1][2] которые генерируют статичное электричество в пределах вулканический шлейф,[3] ведущий к имени грязная гроза.[4][5] Влажная конвекция и образование льда также определяют динамику извержения шлейфа[6][7] и может вызвать вулканическую молнию.[8][9] Но в отличие от обычных гроз, вулканические молнии могут возникать до того, как в облаке пепла образуются кристаллы льда.[10][11]

Самые ранние зарегистрированные наблюдения вулканических молний[12] из Плиний Младший, описывая извержение из Гора Везувий в 79 г. н.э. «Была самая густая тьма, которая становилась еще более ужасающей из-за прерывистого сияния факелов, которые через промежутки времени были скрыты кратковременным сиянием молний».[13] Первые исследования вулканических молний были также проведены на горе Везувий профессором Пальмиери, который наблюдал извержения 1858, 1861, 1868 и 1872 годов с Земли. Обсерватория Везувий. Эти извержения часто включали молниеносную активность.[13]

Знаменитый снимок этого явления был сфотографирован Карлосом Гутьерресом и произошел в Чили выше Вулкан Чайтен.[14] Он широко распространялся в Интернете. Еще одно примечательное изображение этого явления: Сила природы,[15] сделано мексиканским фотографом Серджио Тапиро[16] в Колима, Мексика, занявшая третье место (категория «Природа») на конкурсе World Press Photo 2016.[17] Сообщалось о других случаях выше Аляски. Гора Августин вулкан,[18] Исландии Эйяфьятлайёкюдль вулкан,[19] Гора Этна в Сицилия, Италия,[20] и Вулкан Таал в Филиппины.[21][22]

Механизмы зарядки

1994 извержение Гора Ринджани

Зарядка льда

Считается, что ледяной заряд играет важную роль в некоторых типах шлейфов извержения, особенно тех, которые поднимаются над уровень замерзания или с участием взаимодействие магмы и воды.[23] Обычный грозы производить молнии через ледяной заряд[24] поскольку водяные облака становятся электрифицированными из-за столкновения кристаллов льда и других гидрометеоры.[25] Вулканические шлейфы также могут нести обильную воду.[26] Эта вода поступает из магмы,[27] испаряется из окружающих источников, таких как озера и ледники,[28] и уносится из окружающего воздуха, когда шлейф поднимается над атмосферой.[6] Одно исследование показало, что содержание воды в вулканических шлейфах может быть больше, чем в грозах.[29] Вода изначально транспортируется как горячая. пар, который конденсируется в жидкость в восходящем столбце и в конечном итоге замерзает до лед если шлейф остывает ниже нуля.[30] Некоторые извержения даже вызывают вулканический град.[7][31] В поддержку гипотезы о ледяной зарядке входит наблюдение, что грозовая активность значительно возрастает, когда вулканические шлейфы поднимаются выше уровня замерзания,[32][23] и свидетельство того, что кристаллы льда на вершине наковальни вулканического облака являются эффективными носителями заряда.[9]

Фрикционная зарядка

Трибоэлектрический Считается, что (фрикционная) зарядка в шлейфе вулкана во время извержения является основным механизмом электрического заряда. Электрические заряды образуются, когда осколки горных пород, пепел, а частицы льда в вулканическом шлейфе сталкиваются и производят статические заряды, подобно тому, как частицы льда сталкиваются грозы.[12] Конвективная активность, вызывающая подъем факела, затем разделяет различные области заряда, что в конечном итоге вызывает электрический пробой.

Фрактоэмиссия

Фрактоэмиссия - это образование заряда за счет дробления частиц породы. Это может быть значительный источник заряда рядом с извергающимся вентиляционным отверстием.[33]

Радиоактивная зарядка

Хотя считается, что это оказывает небольшое влияние на общую зарядку вулканических шлейфов, естественного происхождения радиоизотопы Тем не менее, частицы выброшенной породы могут влиять на заряд частиц.[34] В исследовании, проведенном на частицах золы от Эйяфьятлайёкюдль и Гримсвётн Ученые обнаружили, что оба образца обладают естественной радиоактивностью выше фонового уровня, но что радиоизотопы были маловероятным источником самозарядки в шлейфе Эйяфьятлайокудль.[35] Тем не менее, существует возможность для большей зарядки вблизи вентиляционного отверстия, где размер частиц больше.[34] Исследования продолжаются, и электрификация с помощью радиоизотопов, таких как радон, в некоторых случаях может быть значительным, а в разной степени - довольно общим механизмом.[36]

Другие факторы, влияющие на вулканические молнии

Высота шлейфа

Высота пепельный шлейф похоже, связано с механизмом, генерирующим молнию. В более высоких пепловых шлейфах (7–12 км) большие концентрации водяного пара могут способствовать молниеносной активности, в то время как более мелкие пепловые шлейфы (1–4 км), по-видимому, получают больше своего электрического заряда от фрагментации горных пород возле жерла вулкана ( фрактоэмиссия).[32] Температура воздуха также играет роль в образовании молний. Более низкие температуры окружающей среды способствуют замерзанию и заряду льда внутри шлейфа, что приводит к увеличению электрической активности.[37][35]

Вызванные молнией вулканические сферулы

Экспериментальные исследования и изучение вулканических отложений показали, что вулканическое освещение создает побочный продукт, известный как «вызванный молнией. вулканические сферулы "(LIVS).[38][39] Эти крошечные стеклянные шарики образуются во время высокотемпературных процессов, таких как удары молнии между облаками и землей. фульгуриты.[38] Температура молнии может достигать 30 000 ° C. Когда этот болт контактирует с частицами золы внутри шлейфа, он может сделать одно из двух: (1) полностью испарить частицы золы,[40] или (2) заставить их плавиться, а затем быстро затвердевать по мере охлаждения, образуя форму шара.[39] Присутствие вызванных молниями вулканических сфер может предоставить геологическое свидетельство вулканической молнии, когда сама молния не наблюдалась напрямую.[38]

Рекомендации

  1. ^ Фриц, Анджела (2016). «Ученые думают, что они раскрыли тайну образования вулканических молний». Вашингтон Пост.
  2. ^ Малвани, Киран (2016). «Разъяснение тайны молнии вулкана». Искатель.
  3. ^ Липума, Лорен (2016). «Новые исследования раскрывают загадочные процессы, вызывающие вулканические молнии». Блог GeoSpace Американского геофизического союза.
  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 технические науки. 358 (1770): 1639–1661. Bibcode:2000RSPTA.358.1639H. Дои:10.1098 / rsta.2000.0608.
  5. ^ Беннетт, А. Дж .; Odams, P; Эдвардс, D; Арасон, Þ (2010-10-01). «Мониторинг молний в результате извержения вулкана Эйяфьядлайекюдль в апреле – мае 2010 года с использованием очень низкочастотной сети определения местоположения молний». Письма об экологических исследованиях. 5 (4): 044013. Bibcode:2010ERL ..... 5d4013B. Дои:10.1088/1748-9326/5/4/044013. ISSN  1748-9326.
  6. ^ а б Вудс, Эндрю В. (1993). «Влажная конвекция и выброс вулканического пепла в атмосферу». Журнал геофизических исследований: твердая Земля. 98 (B10): 17627–17636. Bibcode:1993JGR .... 9817627W. Дои:10.1029 / 93JB00718.
  7. ^ а б Ван Итон, Алекса Р.; Мастин, Ларри Дж .; Герцог, Майкл; Schwaiger, Hans F .; Шнайдер, Дэвид Дж .; Уоллес, Кристи Л .; Кларк, Аманда Б. (2015-08-03). «Образование града вызывает быстрое скопление пепла в вулканических шлейфах». Nature Communications. 6 (1): 7860. Bibcode:2015НатКо ... 6Э7860В. Дои:10.1038 / ncomms8860. ISSN  2041-1723. ЧВК  4532834. PMID  26235052.
  8. ^ Уильямс, Эрл Р .; МакНатт, Стивен Р. (2005). «Общее содержание воды в облаках извержения вулкана и последствия для электрификации и молний» (PDF). Материалы 2-й Международной конференции по вулканическому пеплу и авиационной безопасности: 67–71.
  9. ^ а б Ван Итон, Алекса Р.; Амиго, Альваро; Бертин, Даниэль; Мастин, Ларри Дж .; Giacosa, Raúl E .; Гонсалес, Херонимо; Вальдеррама, Оскар; Фонтийн, Карен; Бенке, Соня А. (2016-04-12). «Вулканические молнии и шлейф показывают развивающиеся опасности во время извержения вулкана Кальбуко в апреле 2015 года, Чили». Письма о геофизических исследованиях. 43 (7): 3563–3571. Bibcode:2016GeoRL..43.3563V. Дои:10.1002 / 2016gl068076. ISSN  0094-8276.
  10. ^ Cimarelli, C .; Alatorre-Ibargüengoitia, M.A .; Kueppers, U .; Scheu, B .; Дингвелл, Д. (2014). «Экспериментальная генерация вулканической молнии». Геология. 42 (1): 79–82. Bibcode:2014Гео .... 42 ... 79C. Дои:10.1130 / g34802.1. ISSN  1943-2682.
  11. ^ Cimarelli, C .; Alatorre-Ibargüengoitia, M. A .; Aizawa, K .; Yokoo, A .; Диас-Марина, А .; Iguchi, M .; Дингвелл, Д. Б. (06.05.2016). «Многопараметрическое наблюдение вулканических молний: вулкан Сакурадзима, Япония». Письма о геофизических исследованиях. 43 (9): 4221–4228. Bibcode:2016GeoRL..43.4221C. Дои:10.1002 / 2015gl067445. ISSN  0094-8276.
  12. ^ а б Mather, T. A .; Харрисон, Р. Г. (июль 2006 г.). «Электрификация вулканических шлейфов». Исследования по геофизике. 27 (4): 387–432. Bibcode:2006SGeo ... 27..387M. Дои:10.1007 / s10712-006-9007-2. ISSN  0169-3298.
  13. ^ а б "История вулканических молний | Мир вулканов | Университет штата Орегон". volcano.oregonstate.edu. Получено 2018-05-09.
  14. ^ «Вулкан Чили извергается пеплом и молниями». Национальная география. 6 мая 2008 г. Архивировано с оригинал на 2009-01-06. Получено 2009-01-09.
  15. ^ «Сила природы». Фото World Press. Получено 2017-01-19.
  16. ^ Веласко, Серхио Тапиро. "Серхио Тапиро Веласко на about.me". обо мне. Получено 2017-01-19.
  17. ^ 2016, World Press Photo (18 февраля 2016 г.). «Победители World Press Photo 2016 - в фотографиях». хранитель. Получено 2017-01-19.CS1 maint: числовые имена: список авторов (связь)
  18. ^ Хандверк, Брайан (22 февраля 2007 г.). "Вулканическая молния, вызванная" грязными грозами"". Национальная география. Получено 2009-01-09.
  19. ^ «Изображения вулкана в Исландии: молния добавляет пепла вспышку». Национальная география. 19 апреля 2010 г.. Получено 2010-04-20.
  20. ^ редактор Ian Sample Science. «Небо загорается над Сицилией, когда извергается кратер Вораджин на горе Этна». хранитель. Получено 2015-12-03.CS1 maint: дополнительный текст: список авторов (связь)
  21. ^ ДИ САНТОЛО, АЛЕССАНДРА ШОТТО. "Извержение вулкана на Филиппинах: ужасающее видео, на котором вулкан Таал производит удары молнии". Получено 12 января 2020.
  22. ^ Бурбон, Кристиан. «Филиппины: вулкан недалеко от Манилы извергает гигантский столб пепла». Новости Персидского залива. Получено 12 января 2020.
  23. ^ а б Арасон, Пордур; Беннетт, Алек Дж .; Бургин, Лаура Э. (2011). «Механизм заряда вулканической молнии, обнаруженный во время извержения вулкана Эйяфьятлайокудль в 2010 году». Журнал геофизических исследований. 116 (B12): B00C03. Bibcode:2011JGRB..116.0C03A. Дои:10.1029 / 2011jb008651. ISSN  0148-0227.
  24. ^ Сондерс, C.P.R. (1993). «Обзор процессов электрификации грозы». Журнал прикладной метеорологии. 32 (4): 642–65. Bibcode:1993JApMe..32..642S. Дои:10.1175 / 1520-0450 (1993) 032 <0642: AROTEP> 2.0.CO; 2.
  25. ^ Дайерлинг, Вибке; Петерсен, Уолтер А .; Латам, Джон; Эллис, Скотт; Кристиан, Хью Дж. (15 августа 2008 г.). «Взаимосвязь между грозовой активностью и ледяными потоками во время грозы». Журнал геофизических исследований. 113 (D15): D15210. Bibcode:2008JGRD..11315210D. Дои:10.1029 / 2007jd009700. ISSN  0148-0227.
  26. ^ Глазурь, Лори С .; Балога, Стивен М .; Уилсон, Лайонел (1997-03-01). «Перенос водяного пара из атмосферы колоннами извержения вулкана». Журнал геофизических исследований: атмосферы. 102 (D5): 6099–6108. Bibcode:1997JGR ... 102.6099G. Дои:10.1029 / 96jd03125. ISSN  0148-0227.
  27. ^ Кэшман, Кэтрин В .; Шой, Беттина (2015), «Магматическая фрагментация», Энциклопедия вулканов, Elsevier, стр. 459–471, Дои:10.1016 / b978-0-12-385938-9.00025-0, ISBN  9780123859389
  28. ^ Хоутон, Брюс; Уайт, Джеймс Д.Л .; Ван Итон, Алекса Р. (2015), «Фреатомагматические и родственные стили извержения», Энциклопедия вулканов, Elsevier, стр. 537–552, Дои:10.1016 / B978-0-12-385938-9.00030-4, ISBN  9780123859389
  29. ^ МакНатт, Стивен Р .; Уильямс, Эрл Р. (05.08.2010). «Вулканические молнии: глобальные наблюдения и ограничения на механизмы источников». Вестник вулканологии. 72 (10): 1153–1167. Bibcode:2010БВол ... 72,1153М. Дои:10.1007 / s00445-010-0393-4. ISSN  0258-8900 - через Research Gate.
  30. ^ Durant, A.J .; Shaw, R.A .; Rose, W. I .; Mi, Y .; Эрнст, Г. Дж. Дж. (15 мая 2008 г.). «Зарождение льда и засев льда в вулканических облаках». Журнал геофизических исследований. 113 (D9): D09206. Bibcode:2008JGRD..113.9206D. Дои:10.1029 / 2007jd009064. ISSN  0148-0227.
  31. ^ Арасон, Тордур; Þorláksdóttir, S.B .; и другие. (2013). «Свойства пропитанного пеплом града во время извержения Гримсвётна 2011 года и последствия для радарного обнаружения вулканических столбов» (PDF). Рефераты по геофизическим исследованиям. 15: EGU2013 – EGU4797. Bibcode:2013EGUGA..15.4797A.
  32. ^ а б МакНатт, С. Р. (2 июня 2008 г.). «Вулканические молнии: глобальные наблюдения и ограничения на механизмы источников». Вестник вулканологии. 72 (10): 1153–1167. Bibcode:2010БВол ... 72,1153М. Дои:10.1007 / s00445-010-0393-4 - через Research Gate.[требуется разъяснение ]
  33. ^ Джеймс, М. Р .; Lane, S.J .; Гилберт, Дж. С. (2000). «Электрификация вулканического шлейфа: экспериментальное исследование механизма зарядки трещин». Журнал геофизических исследований: твердая Земля. 105 (B7): 16641–16649. Bibcode:2000JGR ... 10516641J. Дои:10.1029 / 2000JB900068. ISSN  2156-2202.
  34. ^ а б Альпин, Карен; и другие. (2014). «Электронная зарядка вулканического пепла» (PDF). Electrostatics.org. Получено 8 мая, 2018.
  35. ^ а б Аплин, К.Л .; Bennett, A.J .; Harrison, R.G .; Houghton, I.M.P. (2016), «Электростатика и отбор проб вулканических шлейфов на месте», Вулканический пепел, Elsevier, стр. 99–113, Дои:10.1016 / b978-0-08-100405-0.00010-0, ISBN  9780081004050
  36. ^ Николл, Кери; М. Эйри; К. Чимарелли; А. Беннетт; Г. Харрисон; Д. Годен; К. Аплин; К. Л. Кох; М. Кнувер; Дж. Марлтон (2019). "Первые наблюдения электрификации газового вулканического шлейфа на месте" (PDF). Geophys. Res. Латыш. 46 (6): 3532–3539. Bibcode:2019GeoRL..46.3532N. Дои:10.1029 / 2019GL082211.
  37. ^ Bennett, A.J .; Odams, P .; Эдвардс, Д .; Арасон, Þ. (2010). «Мониторинг молний в результате извержения вулкана Эйяфьядлайекюдль в апреле – мае 2010 года с использованием очень низкочастотной сети определения местоположения молний». Письма об экологических исследованиях. 5 (4): 044013. Bibcode:2010ERL ..... 5d4013B. Дои:10.1088/1748-9326/5/4/044013.
  38. ^ а б c Женаро, Кимберли; Wardman, John B .; Уилсон, Томас М .; МакНатт, Стивен Р .; Избеков, Павел (2015). «Молния вулканических сфер». Геология. 43 (4): 319–322. Bibcode:2015Гео .... 43..319Г. Дои:10.1130 / G36255.1. ISSN  1943-2682.
  39. ^ а б Перкинс, Сид (4 марта 2015 г.). «Вспышка стекла: молнии внутри шлейфов вулканического пепла создают стеклянные шарики». Американская ассоциация развития науки.
  40. ^ Genareau, K .; Gharghabi, P .; Gafford, J .; Маццола, М. (2017). "Неуловимое свидетельство вулканической молнии". Научные отчеты. 7 (1): 15508. Bibcode:2017НатСР ... 715508Г. Дои:10.1038 / s41598-017-15643-8. ISSN  2045-2322. ЧВК  5686202. PMID  29138444.