Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Вулканическая молния
Удар молнии Таал во время извержения (обрезано) .jpg
Вулканические молнии во время извержения января 2020 в Таал вулкана
ЭффектМолния
Часть серии по
Погода
Следы глобального тропического циклона-edit2.jpg
Умеренный и полярный сезон
Тропические сезоны
Бури
Осадки
  • Морось
    • Замораживание
  • Graupel
  • Град
    • Мегакриометеор
  • Ледяная крупа
  • Бриллиантовая пыль
  • Дождь
    • Замораживание
  • Ливень
  • Снег
    • Дождь и снег смешанные
    • Снежные зерна
    • Снежный каток
    • Слякоть
Темы
  • Загрязнение воздуха
  • Атмосфера
    • Химия
    • Конвекция
    • Физика
    • река
  • Климат
  • Облако
    • Физика
  • Туман
    • Сезон тумана
  • Холодная волна
  • Тепловая волна
  • Струйный поток
  • Метеорология
  • Суровая погода
    • Список
    • Экстремальный
    • Терминология суровой погоды
      • Канада
      • Япония
      • Соединенные Штаты
  • Прогноз погоды
  • Модификация погоды
Глоссарии
  • Метеорология
  • Изменение климата
  • Условия торнадо
  • Термины тропических циклонов
 Портал погоды
  • v
  • т
  • е

Вулканическая молния - это электрический разряд, вызванный извержением вулкана , а не обычной грозой . Вулканическая молния возникает от столкновения, фрагментации частиц вулканического пепла (а иногда и льда ), [1] [2] , которые генерируют статическое электричество в пределах вулканического шлейфа , [3] , ведущий к имени грязной грозе . [4] [5] Влажная конвекция и образование льда также определяют динамику вулканического шлейфа [6] [7] и могут вызвать вулканические молнии. [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 записанные наблюдения вулканической молнии [12] взяты из Плиния Младшие , описывая извержение из Везувия в 79 г. н.э., «Был самый интенсивная темнота становится еще более ужасающим в прерывистом просвете факелов с интервалами затемняется переходным блеском молния." [13] Первые исследования вулканических молний были также проведены на горе Везувий профессором Пальмиери, который наблюдал извержения 1858, 1861, 1868 и 1872 годов из обсерватории Везувия . Эти извержения часто включали молниеносную активность. [13]

Знаменитый снимок этого явления был сфотографирован Карлосом Гутиерресом и произошел в Чили над вулканом Чайтен . [14] Он широко распространился в Интернете. Другой известный образ этого явления Сила природы , [15] взят мексиканский фотограф Серхио Tapiro [16] в Колима, Мексика , которая получила третье место (Nature категории) в 2016 году World Press Photo Contest. [17] Другие случаи были зарегистрированы над вулканом Августин на Аляске , [18] исландским вулканом Эйяфьятлайокудль , [19] вулканом Этна вСицилия , Италия , [20] и вулкан Таал на Филиппинах . [21] [22]

Механизмы зарядки [ править ]

1994 извержение горы Ринджани

Зарядка льда [ править ]

Считается, что ледяная зарядка играет важную роль в некоторых типах шлейфов извержения, особенно тех, которые поднимаются выше уровня замерзания или связаны с взаимодействием магмы и воды . [23] Обычные грозы производят молнии из-за зарядки льда [24], так как водяные облака становятся электрифицированными в результате столкновения кристаллов льда и других гидрометеоров . [25] Вулканические шлейфы также могут нести много воды. [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 первоначально транспортируется в виде горячего пара , который конденсируется в жидкость в восходящей колонне и в конечном итоге замерзает до льда, если шлейф охлаждается значительно ниже точки замерзания. [30] Некоторые извержения даже вызывают вулканический град. [7] [31] В поддержку гипотезы о зарядке льда входит наблюдение, что грозовая активность значительно возрастает, когда вулканические шлейфы поднимаются выше уровня замерзания, [32] [23] и доказательства того, что кристаллы льда в верхней части наковальни вулканического облака являются эффективные носители заряда. [9]

Фрикционная зарядка [ править ]

Считается, что трибоэлектрическая (фрикционная) зарядка в шлейфе 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 , аналогично тому, как частицы льда сталкиваются во время обычных гроз . [12] Конвективная активность, вызывающая подъем факела, затем разделяет различные области заряда, в конечном итоге вызывая электрический пробой.

Фрактоэмиссия [ править ]

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

Радиоактивный заряд [ править ]

Хотя считается, что это оказывает небольшое влияние на общую зарядку вулканических шлейфов, естественные радиоизотопы в выброшенных частицах породы, тем не менее, могут влиять на заряд частиц. [34] В исследовании, проведенном на частицах пепла от извержений Эйяфьядлайокудль 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, была возможность для большей зарядки около 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 [ править ]

Высота шлейфа [ править ]

Высота шлейфа пепла, по-видимому, связана 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 [ править ]

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

Ссылки [ править ]

  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. ^ LiPuma, Lauren (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 . DOI : 10,1098 / rsta.2000.0608 .
  5. ^ Беннетт, AJ; Odams, P; Эдвардс, D; Арасон, Þ (2010-10-01). «Мониторинг молний в результате извержения вулкана Эйяфьятлайокудль в апреле – мае 2010 года с использованием очень низкочастотной сети определения местоположения молний» . Письма об экологических исследованиях . 5 (4): 044013. Bibcode : 2010ERL ..... 5d4013B . DOI : 10.1088 / 1748-9326 / 5/4/044013 . ISSN 1748-9326 . 
  6. ^ a b Вудс, Эндрю В. (1993). «Влажная конвекция и выброс вулканического пепла в атмосферу». Журнал геофизических исследований: Твердая Земля . 98 (B10): 17627–17636. Bibcode : 1993JGR .... 9817627W . DOI : 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 : 2015NatCo ... 6E7860V . DOI : 10.1038 / ncomms8860 . ISSN 2041-1723 . PMC 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 безопасности полетов : 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 в Чили» . Письма о геофизических исследованиях . 43 (7): 3563–3571. Bibcode : 2016GeoRL..43.3563V . DOI : 10.1002 / 2016gl068076 . ISSN 0094-8276 . 
  10. ^ Cimarelli, C .; Alatorre-Ibargüengoitia, MA; Kueppers, U .; Scheu, B .; Дингвелл, ДБ (2014). «Экспериментальная генерация вулканической молнии» . Геология . 42 (1): 79–82. Bibcode : 2014Geo .... 42 ... 79C . DOI : 10.1130 / g34802.1 . ISSN 1943-2682 . 
  11. ^ Cimarelli, C .; Alatorre-Ibargüengoitia, MA; Aizawa, K .; Yokoo, A .; Диас-Марина, А .; Iguchi, M .; Дингвелл, DB (2016-05-06). «Многопараметрические наблюдения вулканических молний: вулкан Сакурадзима, Япония» . Письма о геофизических исследованиях . 43 (9): 4221–4228. Bibcode : 2016GeoRL..43.4221C . DOI : 10.1002 / 2015gl067445 . ISSN 0094-8276 . 
  12. ^ a b Mather, TA; Харрисон, Р.Г. (июль 2006 г.). «Электрификация вулканических шлейфов». Исследования по геофизике . 27 (4): 387–432. Bibcode : 2006SGeo ... 27..387M . DOI : 10.1007 / s10712-006-9007-2 . ISSN 0169-3298 . 
  13. ^ а б "История вулканических молний | Мир вулканов | Университет штата Орегон" . volcano.oregonstate.edu . Проверено 9 мая 2018 .
  14. ^ "Чили вулкан извергается с пеплом и молниями" . Национальная география. 6 мая 2008 года Архивировано из оригинала на 2009-01-06 . Проверено 9 января 2009 .
  15. ^ «Сила природы» . World Press Photo . Проверено 19 января 2017 .
  16. ^ Веласко, Серхио Тапиро. "Серхио Тапиро Веласко на about.me" . about.me . Проверено 19 января 2017 .
  17. ^ 2016, World Press Photo (18 февраля 2016 г.). «Победители World Press Photo 2016 - в фотографиях» . Хранитель . Проверено 19 января 2017 .CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
  18. ^ Handwerk, Брайан (22 февраля 2007). «Вулканическая молния, вызванная« грязными грозами » » . National Geographic . Проверено 9 января 2009 .
  19. ^ "Изображения вулкана Исландии: Молния добавляет пеплу вспышку" . Национальная география. 19 апреля 2010 . Проверено 20 апреля 2010 .
  20. ↑ Редактор Ian Sample Science. «Небо загорается над Сицилией при извержении кратера Вораджин на горе Этна» . Хранитель . Проверено 3 декабря 2015 .CS1 maint: дополнительный текст: список авторов ( ссылка )
  21. ^ ДИ САНТОЛО, АЛЕССАНДРА Скотто. «Извержение вулкана на Филиппинах: ужасающее видео вулкана Таал, производящего удары молнии» . Проверено 12 января 2020 года .
  22. ^ Бурбон, Кристиан. «Филиппины: вулкан недалеко от Манилы извергает гигантский столб пепла» . Новости залива . Проверено 12 января 2020 года .
  23. ^ a b 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 . DOI : 10.1029 / 2011jb008651 . ISSN 0148-0227 . 
  24. Перейти ↑ Saunders, CPR (1993). «Обзор процессов грозовой электрификации» . Журнал прикладной метеорологии . 32 (4): 642–65. Bibcode : 1993JApMe..32..642S . DOI : 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 . DOI : 10.1029 / 2007jd009700 . ISSN 0148-0227 . 
  26. ^ Глазурь, Лори S .; 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 . DOI : 10.1029 / 96jd03125 . ISSN 0148-0227 . 
  27. ^ Кэшман, Кэтрин V .; Scheu, Беттин (2015), "Магматическая фрагментация", Энциклопедия Вулканов ., Elsevier, С. 459-471, DOI : 10.1016 / b978-0-12-385938-9.00025-0 , ISBN 9780123859389
  28. ^ Houghton, Брюс; Уайт, Джеймс Д.Л.; Van Eaton, Alexa R. (2015), "фреатомагматические и родственные извержения Стилей", Энциклопедия Вулканы , Elsevier, стр 537-552,. Да : 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 : 2010BVol ... 72.1153M . DOI : 10.1007 / s00445-010-0393-4 . ISSN 0258-8900 - через Research Gate. 
  30. ^ Дюрант, AJ; Шоу, РА; Роуз, Висконсин; Mi, Y .; Эрнст, GGJ (15 мая 2008 г.). «Зарождение льда и засев льда в вулканических облаках» . Журнал геофизических исследований . 113 (D9): D09206. Bibcode : 2008JGRD..113.9206D . DOI : 10.1029 / 2007jd009064 . ISSN 0148-0227 . 
  31. ^ Arason, Тордур; Orláksdóttir, SB; и другие. (2013). «Свойства пропитанного пеплом града во время извержения Гримсвётна 2011 и последствия для радарного обнаружения вулканических столбов» (PDF) . Аннотации геофизических исследований . 15 : EGU2013 – EGU4797. Bibcode : 2013EGUGA..15.4797A .
  32. ^ Б McNutt, SR (2 июня 2008). «Вулканические молнии: глобальные наблюдения и ограничения на механизмы источников» . Вестник вулканологии . 72 (10): 1153–1167. Bibcode : 2010BVol ... 72.1153M . doi : 10.1007 / s00445-010-0393-4 - через Research Gate.[ требуется разъяснение ]
  33. ^ Джеймс, MR; Lane, SJ; Гилберт, JS (2000). «Электрификация вулканического шлейфа: экспериментальное исследование механизма зарядки трещин» . Журнал геофизических исследований: Твердая Земля . 105 (B7): 16641–16649. Bibcode : 2000JGR ... 10516641J . DOI : 10.1029 / 2000JB900068 . ISSN 2156-2202 . 
  34. ^ a b Альпин, Карен; и другие. (2014). «Электронная зарядка вулканического пепла» (PDF) . Electrostatics.org . Проверено 8 мая 2018 года .
  35. ^ а б Аплин, КЛ; Беннетт, AJ; Харрисон, Р.Г.; Houghton, IMP (2016), "электростатика и In Situ Отбор пробы вулканических плюмов", вулканический пепел , Elsevier, стр 99-113,. DOI : 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; KL Koh; М. Кнувер; Дж. Марлтон (2019). "Первые наблюдения электрификации газового вулканического шлейфа на месте" (PDF) . Geophys. Res. Lett . 46 (6): 3532–3539. Bibcode : 2019GeoRL..46.3532N . DOI : 10.1029 / 2019GL082211 .
  37. ^ Беннетт, AJ; Odams, P .; Эдвардс, Д .; Арасон, Þ. (2010). «Мониторинг молний в результате извержения вулкана Эйяфьятлайекюдль в апреле – мае 2010 года с использованием очень низкочастотной сети определения местоположения молний» . Письма об экологических исследованиях . 5 (4): 044013. Bibcode : 2010ERL ..... 5d4013B . DOI : 10.1088 / 1748-9326 / 5/4/044013 .
  38. ^ a b c Genareau, Кимберли; Wardman, John B .; Уилсон, Томас М .; МакНатт, Стивен Р .; Избеков, Павел (2015). «Молния вулканических сфер» . Геология . 43 (4): 319–322. Bibcode : 2015Geo .... 43..319G . DOI : 10.1130 / G36255.1 . ISSN 1943-2682 . 
  39. ^ a b 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). «Неуловимые свидетельства вулканической молнии» . Научные отчеты . 7 (1): 15508. Bibcode : 2017NatSR ... 715508G . DOI : 10.1038 / s41598-017-15643-8 . ISSN 2045-2322 . PMC 5686202 . PMID 29138444 .