"… Nós, humanos, somos pequenos demais para limpar nossos vulcões. É por isso que eles estão nos causando tantos problemas."
Antoine de Saint-Exupery "O Pequeno Príncipe"
Provavelmente todos vocês já viram esse tipo de relâmpago. Um fenômeno interessante! Todos os tipos de filmes fantásticos vêm imediatamente à mente … "O Senhor dos Anéis" por exemplo:-)
Proponho ver uma seleção desta revolta da natureza e das entranhas da terra. Quase todas as fotos são clicáveis.
A razão para a ocorrência de raios comuns durante uma tempestade continua a ser objeto de pesquisa, e a natureza dos raios vulcânicos é ainda menos compreendida. Uma hipótese sugere que bolhas ejetadas de magma ou cinza vulcânica são eletricamente carregadas e se movem para criar essas áreas separadas. No entanto, os raios vulcânicos também podem ser causados por colisões de carga na poeira vulcânica.
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Os cientistas foram capazes de registrar a atividade elétrica em uma nuvem de cinzas vulcânicas com resolução sem precedentes e identificar dois tipos de raios que ocorrem durante uma erupção. A erupção do Vulcão Redout localizado no Alasca foi precedida por uma atividade sísmica característica, o que permitiu a uma equipe de cientistas do Instituto de Mineração do Novo México ter tempo para estabelecer antecipadamente uma rede de estações de observação em miniatura perto da cratera.
Eles foram fornecidos com detectores de rádio de ondas ultracurtas, que registraram os relâmpagos na nuvem de cinzas que foi lançada. Durante a erupção, os vulcanologistas observaram 16 tempestades poderosas, o que lhes forneceu uma grande quantidade de dados para análise posterior.
Como resultado, os cientistas foram capazes de descobrir que o raio vulcânico é dividido em dois tipos: relativamente pequeno, ocorrendo diretamente perto da cratera, e poderoso, observado no alto de uma nuvem de cinzas. De acordo com os cientistas, ambos são de natureza diferente. Pequenos relâmpagos são o resultado de processos elétricos no magma, pois ele se quebra em muitas partículas pequenas. Grandes relâmpagos em uma nuvem de cinzas ocorrem quando a temperatura cai abaixo de -20 graus Celsius, quando as gotas de água super-resfriadas congelam. Processos semelhantes são causados por descargas nas nuvens durante tempestades. Os cientistas também descobriram uma correlação entre a altura da nuvem de cinzas e a força e frequência dos raios.
São considerados os principais processos físicos responsáveis pela eletrificação de uma nuvem de gás-calor acima de um vulcão. Algumas características da mecânica do aerossol vulcânico e sua separação gravitacional são analisadas. É mostrado que os mais importantes entre os diversos processos físicos e físico-químicos de geração e separação de cargas em uma nuvem vulcânica são a emissão termiônica e a termoeletricidade. As principais leis que regem a eletrificação de partículas de aerossol durante esses processos são calculadas. Verificou-se que para a formação de raios em uma nuvem vulcânica, o material de ejeção deve conter uma quantidade perceptível de uma fração fina (1-30 mícrons). As possibilidades de participação de outros processos físicos na eletrificação de partículas de aerossóis e da nuvem vulcânica como um todo são brevemente analisadas. A cinética de separação de cargas e as condições para a formação de raios em nuvens vulcânicas também são consideradas. A relação entre a intensidade dos processos elétricos e a energia e potência da erupção é mostrada. Conclui-se que é necessário medir a atividade elétrica de nuvens de calor juntamente com um estudo da cinética de remoção de massa e determinação da temperatura inicial do material de ejeção.
Os fenômenos elétricos em aerossóis são muito diversos, tanto na forma quanto na intensidade. Os processos elétricos mais grandiosos ocorrem em aerossóis naturais em grandes volumes (dezenas e centenas de milhares de metros cúbicos) e altas tensões (até centenas de megavolts) [1, 2]. A frequência de relâmpagos em nuvens de tempestade às vezes atinge 0,05 - 0,2 s-1. No entanto, a maior intensidade de processos elétricos é observada em nuvens secas de gás-calor acima de vulcões (ver bibliografia em [3]). Grandes relâmpagos caem a cada segundo (um dos quais é mostrado na Fig. 1), descargas de pequenas faíscas muito mais frequentes com 8-10 m de comprimento, brilho de corona intenso e prolongado em áreas cobertas por uma nuvem vulcânica - esta é uma pequena lista dos fenômenos que foram observados durante erupções vulcânicas …
Nem toda erupção é acompanhada por raios. Isso significa que a intensidade de eletrificação do aerossol vulcânico depende essencialmente das características da erupção. De um modo geral, a eletrificação de partículas de aerossol pode ocorrer por várias razões associadas a processos físicos e físico-químicos em uma nuvem de calor de gás-escória [3, 4]. No entanto, tendo em vista que a intensidade de eletrificação do aerossol vulcânico é muito maior que a de todos os outros aerossóis conhecidos [3 - 6], é possível distinguir uma série de processos específicos que desempenham o papel principal na nuvem vulcânica.
- As características mais significativas do aerossol vulcânico são:
- febre muito alta;
- uma grande diferença na temperatura das partículas sólidas do aerossol, tanto entre si quanto em relação ao gás circundante;
- forte não estacionariedade do sistema de partículas de cinza vulcânica suspensas em gás. Se os aerossóis comuns têm mais de 1 min e as concentrações calculadas de tal aerossol não podem mais exceder na = 103 partes / cm3, então os processos de eletrização do aerossol vulcânico prosseguem em concentrações n »107 - 109 partes / cm3 e, como será mostrado abaixo, praticamente terminam em o fim do segundo segundo de existência do aerossol;
- aerossol vulcânico, ao contrário de todos os outros, inclui cinzas, lapilli, escória e até bombas vulcânicas, ou seja, todo o espectro de massa de ~ 10-12 a> 103 g.
Neste trabalho, são considerados dois mecanismos de eletrificação de partículas vulcânicas de cinza-cinza, a saber, termoemissão de elétrons e termoeletricidade. O cálculo do processo de emissão termiônica permite determinar a temperatura inicial mínima Tmin do material de ejeção, abaixo da qual a intensidade da emissão térmica é tão baixa que não é mais capaz de fornecer eletrificação perceptível. A duração da ação do mecanismo termiônico é determinada pelo tempo de resfriamento das partículas desde a temperatura inicial até um Tmin fixo e pode variar de ~ 0,1 a ~ 10 s. Também é mostrado que o mecanismo termoelétrico de eletrização de partículas de aerossol vulcânico não possui um "limiar" de temperatura, portanto, a faixa de ação desse mecanismo em termos de temperatura é maior do que a da emissão térmica, e o intervalo de tempo é devido ao tempo de diluição do aerossol e é quase constante (~ 1,5 s).
Embora o mecanismo termoelétrico de eletrificação seja às vezes inferior ao de termoemissão em termos da taxa de geração de carga, é muito mais amplo na faixa de ação, uma vez que funciona em quaisquer aerossóis se houver uma diferença de temperatura das partículas em contato DT ~ ~ 10 K e superiores. Mostra-se também que outros mecanismos de eletrificação discutidos na literatura (piezoeletricidade, efeito baloelétrico, fricção de partículas e jatos de gás, etc.) não podem desempenhar um papel significativo na formação de cargas elétricas e descargas atmosféricas sobre vulcões, principalmente pela falta de direcionalidade destes processos necessários para a acumulação e separação de carga em escala macroscópica. Lembremos que dois processos são necessários para a ocorrência de raios: eletrificação de partículas em escala microscópica e separação de cargas na escala de toda a nuvem. O segundo é mais longo,portanto, o raio ocorre muito depois do início da ejeção.
Os processos macroscópicos são considerados neste trabalho de forma mais concisa. A complexidade dos processos de sedimentação e separação de aerossol carregado sob as condições de mistura turbulenta de nuvens de diferentes escalas de uma nuvem vulcânica não permite um cálculo rigoroso, então nos limitamos a invocar (quando possível) uma analogia com processos em nuvens de tempestade. Como resultado, foram formulados os critérios, cujo cumprimento é necessário para a ocorrência de raios de diferentes escalas.
