„… My lidé na Zemi jsme příliš malí na to, abychom vyčistili naše sopky. Proto nám způsobují tolik problémů.“
Antoine de Saint-Exupery "Malý princ"
Pravděpodobně jste všichni viděli tento typ blesku. Zajímavý jev! Okamžitě si na mysl přijdou nejrůznější fantastické filmy … například „Pán prstenů“:-)
Navrhuji vidět výběr této nepokoje přírody a střev Země. Téměř na všechny fotky lze kliknout.
Důvod výskytu běžného blesku během bouřky zůstává předmětem výzkumu a podstata sopečného blesku je ještě méně pochopena. Jedna hypotéza naznačuje, že vytlačené bubliny magmatického nebo sopečného popela jsou elektricky nabity a že se pohybují a vytvářejí takové oddělené oblasti. Sopečné blesky však mohou být způsobeny také kolizemi sopečného prachu.
Propagační video:
Vědci dokázali zaznamenat elektrickou aktivitu v oblaku vulkanického popela s bezprecedentním rozlišením a identifikovat dva typy blesků, ke kterým dochází během erupce. Erupci sopky Redout nacházející se na Aljašce předcházela charakteristická seismická aktivita, která skupině vědců z Nového Mexického institutu umožnila mít čas na vytvoření sítě miniaturních pozorovacích stanic poblíž kráteru předem.
Byly vybaveny ultra krátkovlnnými rádiovými detektory, které zaznamenávaly úder blesku v oblaku popela, který byl vyhozen. Během erupce volcanologové pozorovali 16 silných bouří, které jim poskytly velké množství dat pro následnou analýzu.
V důsledku toho vědci dokázali zjistit, že sopečný blesk je rozdělen na dva typy: relativně malý, vyskytující se přímo u kráteru a silný, pozorovaný vysoko v oblaku popela. Podle vědců jsou oba odlišné povahy. Malé šrouby s nízkým bleskem jsou výsledkem elektrických procesů v magmatu, protože se rozpadají na mnoho malých částic. Velké blesky v oblaku popela se objevují, když teplota klesne pod -20 stupňů Celsia, když podchlazené vodní kapky zamrznou. Podobné procesy jsou způsobeny výbojem v oblacích během bouřek. Vědci také našli korelaci mezi výškou oblaku popela a silou a frekvencí úderů blesku.
Jsou zvažovány hlavní fyzikální procesy zodpovědné za elektrifikaci oblaku plynu a tepla nad sopkou. Analyzovány jsou některé rysy mechaniky vulkanického aerosolu a jeho gravitační separace. Je ukázáno, že nejdůležitějšími z mnoha fyzikálních a fyzikálně-chemických procesů výroby a separace nábojů v sopečném oblaku jsou termionická emise a termoelektrika. Jsou vypočteny hlavní zákony upravující elektrifikaci částic aerosolu během těchto procesů. Bylo zjištěno, že pro vytvoření blesku v sopečném oblaku musí ejekční materiál obsahovat značné množství jemné frakce (1-30 mikronů). Stručně jsou analyzovány možnosti účasti dalších fyzikálních procesů na elektrifikaci aerosolových částic a sopečného mraku jako celku. Zvažuje se také kinetika náboje a podmínky vzniku blesku v sopečných oblacích. Je ukázán vztah mezi intenzitou elektrických procesů a energií a silou erupce. Dospělo se k závěru, že je třeba změřit elektrickou aktivitu tepelných mraků společně se studiem kinetiky hromadného odstraňování a stanovení počáteční teploty vyhazovacího materiálu.
Elektrické jevy v aerosolech jsou velmi rozmanité jak formou, tak intenzitou. Nejvelkolepější elektrické procesy se vyskytují v přírodních aerosolech při velkých objemech (odhadovaných v desítkách a stovkách tisíc metrů krychlových) a při vysokém napětí (až stovky megavoltů) [1, 2]. Frekvence blesku v bouřkách někdy dosahuje 0,05 - 0,2 s-1. Nejvyšší intenzita elektrických procesů je však pozorována v suchých oblacích plynného tepla nad sopkami (viz bibliografie v [3]). Velké bleskové údery každou sekundu (jedna z nich je zobrazena na obrázku 1), mnohem častější malé jiskrové výboje 8-10 m dlouhé, intenzivní a prodloužené koronové záře v oblastech pokrytých sopečným mrakem - to je krátký seznam těch jevů, které byly pozorovány během sopečných erupcí …
Ne každá erupce je doprovázena bleskem. To znamená, že intenzita elektrifikace vulkanického aerosolu v podstatě závisí na charakteristikách erupce. Obecně lze říci, že k elektrifikaci aerosolových částic může dojít z mnoha důvodů spojených s fyzikálními a fyzikálně-chemickými procesy v oblaku tepla plyn-struska [3, 4]. Avšak vzhledem k tomu, že intenzita elektrifikace sopečného aerosolu je mnohem vyšší než u všech ostatních známých aerosolů [3 - 6], je možné rozlišit řadu specifických procesů, které hrají hlavní roli v sopečném oblaku.
- Nejvýznamnější rysy sopečného aerosolu jsou:
- velmi vysoká horečka;
- velký rozdíl v teplotě pevných částic aerosolu jak mezi sebou, tak ve vztahu k okolnímu plynu;
- silná nestacionalita systému částic sopečného popela suspendovaného v plynu. Jsou-li běžné aerosoly starší než 1 min a vypočtené koncentrace takového aerosolu již nemohou překročit na = 103 part / cm3, pak procesy elektrifikace sopečného aerosolu pokračují v koncentracích n »107 - 109 part / cm3 a, jak bude ukázáno níže, prakticky končí konec druhé sekundy existence aerosolu;
- sopečný aerosol, na rozdíl od všech ostatních, zahrnuje popel, lapilli, strusku a dokonce i sopečné bomby, tj. celé hmotnostní spektrum ~ 10-12 až> 103 g.
V této práci jsou uvažovány dva mechanismy elektrifikace popílků sopečných částic, a to termoemise elektronů a termoelektrika. Výpočet procesu termionické emise umožňuje stanovit minimální počáteční teplotu Tmin ejekčního materiálu, pod kterou je intenzita tepelné emise tak nízká, že již není schopna zajistit znatelnou elektrifikaci. Trvání působení termionického mechanismu je určeno dobou ochlazování částic z počáteční teploty na pevnou Tmin a může se měnit od ~ 0,1 do ~ 10 s. Je také ukázáno, že termoelektrický mechanismus elektrizace vulkanických aerosolových částic nemá teplotní „práh“, proto je rozsah působení tohoto mechanismu z hlediska teploty větší než rozsah tepelné emise a časový interval je kvůli době ředění aerosolu a je téměř konstantní (~ 1,5 s).
Ačkoliv je termoelektrický elektrifikační mechanismus z hlediska rychlosti generování náboje někdy horší než termoemisní, je mnohem širší ve svém rozsahu působení, protože funguje v jakýchkoli aerosolech, pokud existuje teplotní rozdíl mezi kontaktujícími částicemi DT ~ ~ 10 K a vyšší. Ukázalo se také, že jiné mechanizační mechanismy diskutované v literatuře (piezoelektrika, balónkový efekt, tření částic a proudů plynu atd.) Nemohou hrát významnou roli při tvorbě elektrických nábojů a blesků nad sopkami, zejména kvůli nedostatečné směrovosti těchto procesy nezbytné pro akumulaci a separaci náboje v makroskopickém měřítku. Připomeňme, že pro výskyt blesku jsou nezbytné dva procesy: elektrifikace částic v mikroskopickém měřítku a oddělení nábojů na stupnici celého mraku. Druhý je delší,proto, blesk nastane mnohem později než začátek vyhazování.
Makroskopické procesy jsou v této práci stručně uvažovány. Složitost procesů sedimentace a separace nabitého aerosolu za podmínek turbulentního míchání mraků různého měřítka sopečného oblaku neumožňuje přísný výpočet, takže jsme se omezili na použití (pokud možno) analogií s procesy v bouřkách. V důsledku toho byla formulována kritéria, jejichž splnění je nezbytné pro výskyt blesků různých měřítek.