Sopečný blesk - Volcanic lightning

Sopečný blesk
Taal Lightning Strike During Eruption (cropped).jpg
Sopečný blesk během Erupce v lednu 2020 z Sopka Taal
ÚčinekBlesk
Část série na
Počasí
Globální tratě tropického cyklónu-edit2.jpg
Kupovité mraky za pěkného počasí.jpeg Počasí portál

Sopečný blesk je elektrický výboj způsobený a sopečná erupce, spíše než od obyčejného bouřka. Sopečný blesk vzniká srážením fragmentujících částic sopečný popel (a někdy led ),[1][2] které generují statická elektřina v rámci sopečný oblak,[3] vedoucí ke jménu špinavá bouřka.[4][5] Vlhká konvekce a tvorba ledu také řídí dynamiku oblaku erupce[6][7] a může spustit sopečný blesk.[8][9] Ale na rozdíl od běžných bouřek může k vulkanickému blesku dojít také dříve, než se v oblaku popela vytvoří ledové krystaly.[10][11]

Nejdříve zaznamenané pozorování sopečného blesku[12] jsou z Plinius mladší, popisující výbuch z Vesuv v roce 79 našeho letopočtu, „Došlo k nejintenzivnější temnotě, která byla děsivější díky přívětivému lesku pochodní v intervalech zakrytých přechodným zábleskem blesku.“[13] První studie vulkanického blesku také provedl na Vesuvu profesor Palmieri, který pozoroval erupce 1858, 1861, 1868 a 1872 z Vesuvská observatoř. Tyto erupce často zahrnovaly bleskovou aktivitu.[13]

Slavný obraz jevu vyfotografoval Carlos Gutierrez a objevil se v roce Chile nad Sopka Chaiten.[14] Šířilo se to po internetu. Další pozoruhodný obraz tohoto jevu je Síla přírody,[15] pořídil mexický fotograf Sergio Tapiro[16] v Colima, Mexiko, která v soutěži World Press Photo Contest 2016 získala třetí místo (kategorie Příroda).[17] Jiné případy byly hlášeny nad Aljaškou Mount Augustine sopka,[18] Island Eyjafjallajökull sopka,[19] Mount Etna v Sicílie, Itálie,[20] a Sopka Taal v Filipíny.[21][22]

Nabíjecí mechanismy

1994 erupce Mount Rinjani

Nabíjení ledem

Předpokládá se, že nabíjení ledem hraje důležitou roli u určitých typů erupčních vleček - zejména u těch, které stoupají nad úroveň mrazu nebo zahrnující interakce magma-voda.[23] Obyčejný bouřky produkovat blesk nabíjením ledu[24] jako vodní mraky elektrifikují ze srážek ledových krystalů a dalších hydrometeory.[25] Sopečné oblaky mohou nést také hojnou vodu.[26] Tato voda pochází z magmatu,[27] odpařené z okolních zdrojů, jako jsou jezera a ledovce,[28] a unášen z okolního vzduchu, když oblak stoupá atmosférou.[6] Jedna studie naznačila, že obsah vody v sopečných oblacích může být vyšší než obsah bouřek.[29] Voda je zpočátku transportována jako horká pára, což kondenzuje na kapalný ve stoupajícím sloupci a nakonec zamrzne led pokud oblak ochladí hluboko pod bodem mrazu.[30] Některé erupce dokonce způsobují sopečné krupobití.[7][31] Podpora hypotézy nabíjení ledem zahrnuje pozorování, že aktivita blesku se výrazně zvyšuje, jakmile sopečné oblaky stoupnou nad hladinu mrazu,[32][23] a důkazy, že ledové krystaly v horní části kovadlinky vulkanického mraku jsou účinnými nosiči náboje.[9]

Třecí nabíjení

Triboelektrický (třecí) nabíjení v oblaku sopky během erupce je považováno za hlavní mechanismus elektrického nabíjení. Elektrické fragmenty se generují, když fragmenty hornin popel a částice ledu ve sopečném oblaku se srazí a vytvoří statické náboje, podobně jako se pravidelně sráží ledové částice bouřky.[12] Konvektivní aktivita způsobující stoupání oblaku pak odděluje různé oblasti náboje, což nakonec způsobí elektrický rozpad.

Fractoemise

Fractoemise je tvorba náboje rozpadem horninových částic. Může to být významný zdroj náboje v blízkosti vycházejícího otvoru.[33]

Radioaktivní nabíjení

Ačkoli se předpokládá, že má malý vliv na celkové nabíjení sopečných oblaků, přirozeně se vyskytujících radioizotopy uvnitř vyvržených horninových částic může přesto ovlivnit nabíjení částic.[34] Ve studii provedené na částicích popela z Eyjafjallajökull a Grímsvötn erupce, vědci zjistili, že oba vzorky mají přirozenou radioaktivitu nad úrovní pozadí, ale že radioizotopy byly nepravděpodobným zdrojem samonabíjení v oblaku Eyjafjallajökull.[35] Existoval však potenciál pro větší nabíjení v blízkosti průduchu, kde je větší velikost částic.[34] Výzkum pokračuje a elektrifikace pomocí radioizotopů, jako je např radon, mohou být v některých případech významné a při různých velikostech poněkud běžným mechansimem.[36]

Další faktory ovlivňující sopečný blesk

Výška oblaku

Výška popelník Zdá se, že je spojen s mechanismem, který generuje blesk. Ve vyšších oblacích popela (7–12 km) mohou velké koncentrace vodní páry přispívat k bleskové aktivitě, zatímco menší oblaky popela (1–4 km) zřejmě získávají více svého elektrického náboje fragmentací hornin v blízkosti sopky ( frakční emise).[32] Atmosférická teplota také hraje roli při tvorbě blesku. Chladnější okolní teploty podporují zamrzání a nabíjení ledu uvnitř oblaku, což vede k větší elektrické aktivitě.[37][35]

Blesky indukované sopečné koule

Experimentální studie a výzkum sopečných ložisek ukázaly, že vulkanické osvětlení vytváří vedlejší produkt známý jako „bleskem indukovaný vulkanické sféry "(LIVS).[38][39] Tyto malé skleněné kuličky se tvoří během vysokoteplotních procesů, jako jsou údery blesku z mraku na zem, analogicky k fulgurity.[38] Teplota blesku může dosáhnout 30 000 ° C. Když tento šroub kontaktuje částice popela v oblaku, může to udělat jednu ze dvou věcí: (1) úplně odpařit částice popela,[40] nebo (2) přimět je, aby se roztavily a poté rychle ztuhly, když vychladly, a vytvořily tvary koule.[39] Přítomnost sopečných sférul vyvolaných bleskem může poskytnout geologický důkaz vulkanického blesku, pokud samotný blesk nebyl přímo pozorován.[38]

Reference

  1. ^ Fritz, Angela (2016). „Vědci si myslí, že vyřešili záhadu toho, jak vzniká sopečný blesk“. The Washington Post.
  2. ^ Mulvaney, Kieran (2016). „Mystery of Volcano Lightning Explained“. Hledač.
  3. ^ Lipuma, Lauren (2016). „Nové studie odhalují záhadné procesy, které generují sopečný blesk“. Blog americké geofyzikální unie GeoSpace.
  4. ^ Hoblitt, Richard P. (2000). „Byl postranní výbuch z 18. května 1980 na hoře St. Helens produktem dvou výbuchů?“. Filozofické transakce Královské společnosti v Londýně. Řada A: Matematické, fyzikální a technické vědy. 358 (1770): 1639–1661. Bibcode:2000RSPTA.358.1639H. doi:10.1098 / rsta.2000.0608.
  5. ^ Bennett, AJ; Odams, P; Edwards, D; Arason, Þ (01.10.2010). „Monitorování blesku od sopečné erupce Eyjafjallajökull od dubna do května 2010 pomocí sítě s velmi nízkou frekvencí umístění blesku“. Dopisy o výzkumu v oblasti životního prostředí. 5 (4): 044013. Bibcode:2010ERL ..... 5d4013B. doi:10.1088/1748-9326/5/4/044013. ISSN  1748-9326.
  6. ^ A b Woods, Andrew W. (1993). "Vlhká konvekce a vstřikování sopečného popela do atmosféry". Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 98 (B10): 17627–17636. Bibcode:1993JGR .... 9817627W. doi:10.1029 / 93JB00718.
  7. ^ A b Van Eaton, Alexa R .; Mastin, Larry G .; Herzog, Michael; Schwaiger, Hans F .; Schneider, David J .; Wallace, Kristi L .; Clarke, Amanda B. (2015-08-03). „Tvorba krupobití spouští rychlou agregaci popela ve sopečných oblacích“. Příroda komunikace. 6 (1): 7860. Bibcode:2015NatCo ... 6E7860V. doi:10.1038 / ncomms8860. ISSN  2041-1723. PMC  4532834. PMID  26235052.
  8. ^ Williams, Earl R .; McNutt, Stephen R. (2005). „Celkový obsah vody v oblacích sopečné erupce a důsledky pro elektrifikaci a blesky“ (PDF). Sborník z 2. mezinárodní konference o vulkanickém popele a bezpečnosti letectví: 67–71.
  9. ^ A b Van Eaton, Alexa R .; Amigo, Álvaro; Bertin, Daniel; Mastin, Larry G .; Giacosa, Raúl E .; González, Jerónimo; Valderrama, Oscar; Fontijn, Karen; Behnke, Sonja A. (2016-04-12). „Sopečný blesk a chochol odhalují vyvíjející se nebezpečí během erupce sopky Calbuco v Chile v dubnu 2015“. Dopisy o geofyzikálním výzkumu. 43 (7): 3563–3571. Bibcode:2016GeoRL..43,3563V. doi:10.1002 / 2016gl068076. ISSN  0094-8276.
  10. ^ Cimarelli, C .; Alatorre-Ibargüengoitia, M.A .; Kueppers, U .; Scheu, B .; Dingwell, D.B. (2014). „Experimentální generace sopečného blesku“. Geologie. 42 (1): 79–82. Bibcode:2014Geo .... 42 ... 79C. doi:10.1130 / g34802.1. ISSN  1943-2682.
  11. ^ Cimarelli, C .; Alatorre-Ibargüengoitia, M. A .; Aizawa, K .; Yokoo, A .; Díaz-Marina, A .; Iguchi, M .; Dingwell, D. B. (06.05.2016). „Multiparametrické pozorování sopečného blesku: sopka Sakurajima, Japonsko“. Dopisy o geofyzikálním výzkumu. 43 (9): 4221–4228. Bibcode:2016GeoRL..43.4221C. doi:10.1002 / 2015gl067445. ISSN  0094-8276.
  12. ^ A b Mather, T. A .; Harrison, R. G. (červenec 2006). "Elektrifikace sopečných oblaků". Průzkumy v geofyzice. 27 (4): 387–432. Bibcode:2006SGeo ... 27..387M. doi:10.1007 / s10712-006-9007-2. ISSN  0169-3298.
  13. ^ A b "Historie sopečného blesku | Svět sopky | Oregonská státní univerzita". volcano.oregonstate.edu. Citováno 2018-05-09.
  14. ^ „Chile Volcano vybuchne popelem a blesky“. Národní geografie. 6. května 2008. Archivovány od originál dne 06.01.2009. Citováno 2009-01-09.
  15. ^ „Síla přírody“. World Press Photo. Citováno 2017-01-19.
  16. ^ Velasco, Sergio Tapiro. „Sergio Tapiro Velasco na about.me“. o mně. Citováno 2017-01-19.
  17. ^ 2016, World Press Photo (2016-02-18). „Vítězové World Press Photo 2016 - v obrazech“. opatrovník. Citováno 2017-01-19.CS1 maint: číselné názvy: seznam autorů (odkaz)
  18. ^ Handwerk, Brian (22. února 2007). „Sopečný blesk zažehnut“ špinavými bouřkami"". národní geografie. Citováno 2009-01-09.
  19. ^ „Island Volcano Pictures: Lightning has Flash Flash to Ash“. Národní geografie. 19. dubna 2010. Citováno 2010-04-20.
  20. ^ editor, Ian Sample Science. „Obloha se rozsvítí nad Sicílií, když vybuchne kráter Voragine na Etně“. opatrovník. Citováno 2015-12-03.CS1 maint: další text: seznam autorů (odkaz)
  21. ^ DI SANTOLO, ALESSANDRA SCOTTO. „Filipínská erupce sopky: Děsivé video ze sopky Taal produkující blesky“. Citováno 12. ledna 2020.
  22. ^ Borbon, Christian. „Filipíny: Sopka poblíž Manily chrlí kolonu obrovského popela“. Gulf News. Citováno 12. ledna 2020.
  23. ^ A b Arason, Pordur; Bennett, Alec J .; Burgin, Laura E. (2011). „Nabíjecí mechanismus sopečného blesku odhalen během erupce Eyjafjallajökull v roce 2010“. Journal of Geophysical Research. 116 (B12): B00C03. Bibcode:2011JGRB..116.0C03A. doi:10.1029 / 2011jb008651. ISSN  0148-0227.
  24. ^ Saunders, C.P.R. (1993). „Přehled procesů elektrizace při bouřce“. Journal of Applied Meteorology. 32 (4): 642–65. Bibcode:1993JApMe..32..642S. doi:10.1175 / 1520-0450 (1993) 032 <0642: AROTEP> 2.0.CO; 2.
  25. ^ Deierling, Wiebke; Petersen, Walter A .; Latham, John; Ellis, Scott; Christian, Hugh J. (2008-08-15). „Vztah mezi bleskovou aktivitou a toky ledu při bouřkách“. Journal of Geophysical Research. 113 (D15): D15210. Bibcode:2008JGRD..11315210D. doi:10.1029 / 2007jd009700. ISSN  0148-0227.
  26. ^ Glaze, Lori S .; Baloga, Stephen M .; Wilson, Lionel (01.03.1997). „Transport atmosférické vodní páry kolonami sopečné erupce“. Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 102 (D5): 6099–6108. Bibcode:1997JGR ... 102,6099G. doi:10.1029 / 96jd03125. ISSN  0148-0227.
  27. ^ Cashman, Katharine V .; Scheu, Bettina (2015), „Magmatická fragmentace“, Encyklopedie sopek, Elsevier, str. 459–471, doi:10.1016 / b978-0-12-385938-9.00025-0, ISBN  9780123859389
  28. ^ Houghton, Bruce; White, James D.L .; Van Eaton, Alexa R. (2015), „Phreatomagmatic and Related Eruption Styles“, Encyklopedie sopek, Elsevier, str. 537–552, doi:10.1016 / B978-0-12-385938-9.00030-4, ISBN  9780123859389
  29. ^ McNutt, Stephen R .; Williams, Earle R. (08.08.2010). „Sopečný blesk: globální pozorování a omezení zdrojových mechanismů“. Bulletin of vulcanology. 72 (10): 1153–1167. Bibcode:2010BVol ... 72.1153M. doi:10.1007 / s00445-010-0393-4. ISSN  0258-8900 - přes Research Gate.
  30. ^ Durant, A. J .; Shaw, R. A .; Rose, W. I .; Mi, Y .; Ernst, G. G. J. (2008-05-15). „Nukleace ledu a nadsazování ledu v sopečných mracích“. Journal of Geophysical Research. 113 (D9): D09206. Bibcode:2008JGRD..113,9206D. doi:10.1029 / 2007jd009064. ISSN  0148-0227.
  31. ^ Arason, Þórdur; Þorláksdóttir, S.B .; et al. (2013). „Vlastnosti krupobití popela během erupce Grímsvötn 2011 a důsledky pro radarovou detekci sopečných kolon“ (PDF). Výpisy z geofyzikálního výzkumu. 15: EGU2013 – EGU4797. Bibcode:2013EGUGA..15.4797A.
  32. ^ A b McNutt, S. R. (2. června 2008). „Sopečný blesk: globální pozorování a omezení zdrojových mechanismů“. Bulletin of vulcanology. 72 (10): 1153–1167. Bibcode:2010BVol ... 72.1153M. doi:10.1007 / s00445-010-0393-4 - přes Research Gate.[je zapotřebí objasnění ]
  33. ^ James, M. R.; Lane, S.J .; Gilbert, J. S. (2000). „Elektrifikace sopečného oblaku: Experimentální výzkum mechanismu nabíjení zlomenin“. Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 105 (B7): 16641–16649. Bibcode:2000JGR ... 10516641J. doi:10.1029 / 2000JB900068. ISSN  2156-2202.
  34. ^ A b Alpin, Karen; et al. (2014). „Elektronické nabíjení vulkanického popela“ (PDF). Electrostatics.org. Citováno 8. května 2018.
  35. ^ A b Aplin, K.L .; Bennett, A.J .; Harrison, R.G .; Houghton, I.M.P. (2016), „Elektrostatika a vzorkování sopečných oblaků in situ“, Sopečný popel, Elsevier, str. 99–113, doi:10.1016 / b978-0-08-100405-0.00010-0, ISBN  9780081004050
  36. ^ Nicoll, Keri; M. Airey; C. Cimarelli; A. Bennett; G. Harrison; D. Gaudin; K. Aplin; K. L. Koh; M. Knuever; G. Marlton (2019). „První pozorování elektrifikace oblaku sopečného oblaku na místě“ (PDF). Geophys. Res. Lett. 46 (6): 3532–3539. Bibcode:2019GeoRL..46.3532N. doi:10.1029/2019 GL082211.
  37. ^ Bennett, A. J .; Odams, P .; Edwards, D .; Arason, Þ. (2010). „Monitorování blesku od sopečné erupce Eyjafjallajökull od dubna do května 2010 pomocí sítě s velmi nízkou frekvencí umístění blesku“. Dopisy o výzkumu životního prostředí. 5 (4): 044013. Bibcode:2010ERL ..... 5d4013B. doi:10.1088/1748-9326/5/4/044013.
  38. ^ A b C Genareau, Kimberly; Wardman, John B .; Wilson, Thomas M .; McNutt, Stephen R .; Izbekov, Pavel (2015). „Blesky vyvolané sopečné sféry“. Geologie. 43 (4): 319–322. Bibcode:2015Geo .... 43..319G. doi:10.1130 / G36255.1. ISSN  1943-2682.
  39. ^ A b Perkins, Sid (4. března 2015). „Flash glass: Lightning inside vulcanic ash perumes create glassy spherules“. Americká asociace pro rozvoj vědy.
  40. ^ Genareau, K .; Gharghabi, P .; Gafford, J .; Mazzola, M. (2017). „Nepolapitelný důkaz vulkanického blesku“. Vědecké zprávy. 7 (1): 15508. Bibcode:2017NatSR ... 715508G. doi:10.1038 / s41598-017-15643-8. ISSN  2045-2322. PMC  5686202. PMID  29138444.