"… Me ihmiset maan päällä olemme liian pieniä tyhjentämään tulivuoriamme. Siksi he aiheuttavat meille niin paljon ongelmia."
Antoine de Saint-Exupery "Pikku prinssi"
Olet luultavasti kaikki nähnyt tämän tyyppisiä salamoja. Mielenkiintoinen ilmiö! Kaikenlaiset fantastiset elokuvat tulevat heti mieleen … Esimerkiksi "Renkaiden herra":-)
Ehdotan nähdä valinnan tästä luonnon mellakasta ja maan suolistosta. Lähes kaikki valokuvat ovat napsautettavissa.
Syy tavallisen salaman esiintymiselle ukonilman aikana on edelleen tutkimuksen kohteena, ja tulivuoren salaman luonne on vielä vähemmän ymmärretty. Yksi hypoteesi ehdottaa, että magman tai vulkaanisen tuhkan purkautuneet kuplat varautuvat sähköisesti ja että ne liikkuvat muodostamaan sellaisia erillisiä alueita. Tulivuoren salama voi kuitenkin johtua myös tulivuoren pölyssä tapahtuvista latautumis törmäyksistä.
Mainosvideo:
Tutkijat pystyivät tallentamaan sähköisen toiminnan vulkaanisen tuhkan pilvessä ennennäkemättömällä erottelukyvyllä ja tunnistamaan kahta salaman tyyppiä, joita esiintyy purkauksen aikana. Alaskassa sijaitsevan Redout-tulivuoren purkausta edelsi tyypillinen seisminen toiminta, joka antoi New Mexico Mining Institute -instituutin tutkijoille mahdollisuuden perustaa etukäteen miniatyyrihavaintoasemien verkosto kraatterin lähellä.
Ne varustettiin ultra-lyhytaaltoradiodetektoreilla, jotka tallensivat salamaniskuja tuhkapilveen, joka heitettiin ulos. Tulivuorenpurkauksen aikana vulkanologit havaitsivat 16 voimakasta myrskyä, mikä antoi heille suuren määrän tietoa myöhempää analyysiä varten.
Seurauksena oli, että tutkijat havaitsivat, että tulivuoren salama on jaettu kahteen tyyppiin: suhteellisen pieni, esiintyy suoraan kraatterin lähellä, ja voimakas, havaittu korkealla tuhkapilvessä. Tutkijoiden mukaan molemmat ovat luonteeltaan erilaisia. Pienet matala salamapultit ovat seurausta magman sähköisistä prosesseista, koska se hajoaa moniksi pieniksi hiukkasiksi. Tuhkapilvissä ilmenee suuria salamanpultteja, kun lämpötila laskee alle -20 astetta, kun jäähdytetyt vesipisarokset jäätyvät. Samanlaisia prosesseja aiheuttavat pilvien aiheuttamat päästöt ukkosmyrskyjen aikana. Tutkijat ovat myös löytäneet korrelaation tuhkapilven korkeuden ja salamaniskujen voimakkuuden ja tiheyden välillä.
Tärkeimmät fyysiset prosessit, jotka vastaavat kaasun ja lämmön pilven sähköistymisestä tulivuoren yläpuolella, otetaan huomioon. Joitakin tulivuoren aerosolin mekaniikan ominaisuuksia ja sen painovoimaerotusta analysoidaan. On osoitettu, että tärkeimpiä monien fyysisten ja fysikaalis-kemiallisten prosessien joukossa, jotka aiheutuvat varausten muodostumisesta ja erottamisesta vulkaanipilvessä, ovat termioninen emissio ja termoelektrisyys. Lasketaan tärkeimmät aerosolihiukkasten sähköistymistä säätelevät lait näiden prosessien aikana. Todettiin, että salaman muodostumiseksi tulivuorepilvessä poistoaineen on sisällettävä huomattava määrä hienoa fraktiota (1-30 mikronia). Muiden fysikaalisten prosessien osallistumismahdollisuuksia aerosolihiukkasten ja koko vulkaanipilven sähköistymisessä analysoidaan lyhyesti. Latauseron kinetiikkaa ja salaman muodostumisen edellytyksiä tulivuoren pilvissä otetaan myös huomioon. Sähköisten prosessien voimakkuuden ja purkauksen energian ja voiman välinen suhde esitetään. Johtopäätöksenä on, että on tarpeen suorittaa kattava lämpöpilvien sähköisen aktiivisuuden mittaus yhdessä massanpoiston kinetiikan tutkimuksen ja poistoaineen alkuperäisen lämpötilan määrittämisen kanssa.
Aerosolien sähköiset ilmiöt ovat hyvin erilaisia sekä muodossa että intensiteetissä. Grandioisimpia sähköisiä prosesseja tapahtuu luonnollisissa aerosoleissa suurina määrinä (arviolta kymmeninä ja satoina tuhansina kuutiomereinä) ja suurilla jännitteillä (jopa satoihin megavolteihin) [1, 2]. Salaman taajuus ukkospilvissä saavuttaa joskus 0,05 - 0,2 s-1. Suurin sähköisten prosessien intensiteetti havaitaan kuitenkin tulivuorien yläpuolella olevissa kuivissa kaasun ja lämmön pilvissä (ks. Bibliografia julkaisussa [3]). Suuri salama iskee joka toinen sekunti (joista yksi on esitetty kuvassa 1), paljon useammin pienet kipinäpurkaukset, jotka ovat 8-10 metrin pituisia, voimakkaita ja pitkittyneitä koronakalteita vulkaanipilven peittämillä alueilla - tämä on lyhyt luettelo niistä ilmiöistä, joita havaittiin tulivuorenpurkauksen aikana. …
Jokaiseen purkaukseen ei liity salamaa. Tämä tarkoittaa, että tulivuoren aerosolin sähköistymisen voimakkuus riippuu olennaisesti purkauksen ominaisuuksista. Yleisesti ottaen aerosolihiukkasten sähköistys voi tapahtua monista syistä, jotka liittyvät fysikaalisiin ja fysikaalis-kemiallisiin prosesseihin kaasu-kuona-lämpöpilvessä [3, 4]. Koska kuitenkin se, että tulivuoren aerosolin elektrifikaation voimakkuus on paljon korkeampi kuin kaikkien muiden tunnettujen aerosolien [3 - 6], on mahdollista erottaa joukko erityisiä prosesseja, joilla on päärooli vulkaanipilvessä.
- Tulivuoren aerosolin merkittävimmät piirteet ovat:
- erittäin korkea kuume;
- suuri ero kiinteiden aerosolihiukkasten lämpötilassa sekä keskenään että suhteessa ympäröivään kaasuun;
- kaasussa suspendoituneiden vulkaanisten tuhkahiukkasten järjestelmän voimakas epästaaarisuus. Jos tavalliset aerosolit ovat yli 1 minuutin ikäisiä ja sellaisen aerosolin lasketut pitoisuudet eivät voi enää ylittää na = 103 osa / cm3, niin vulkaanisen aerosolin sähköistysprosessit etenevät pitoisuuksilla n »107 - 109 osa / cm3 ja, kuten jäljempänä osoitetaan, käytännössä päättyvät aerosolin olemassaolon toisen sekunnin loppu;
- vulkaaninen aerosoli sisältää toisin kuin kaikki muut tuhka, lapilli, kuona ja jopa vulkaanipommit, ts. koko massaspektri välillä ~ 10-12 -> 103 g.
Tässä työssä tarkastellaan kahta tuhka-tuhkaan vulkaanisten hiukkasten sähköistysmekanismeja, nimittäin elektronien lämpöä ja lämpöä. Termionisen päästöprosessin laskenta mahdollistaa ejektointimateriaalin minimilämpötilan Tmin määrittämisen, jonka alapuolella lämpöemissiovoimakkuus on niin matala, että se ei enää pysty tarjoamaan huomattavaa sähköistymistä. Termionisen mekanismin toiminnan kesto määräytyy hiukkasten jäähtymisajan perusteella alkulämpötilasta kiinteään Tmin: iin ja voi vaihdella välillä - 0,1 - ~ 10 s. On myös osoitettu, että vulkaanisten aerosolihiukkasten sähköistämisen termoelektrisellä mekanismilla ei ole lämpötilan "kynnysarvoa", joten tämän mekanismin toiminta-alue lämpötilan suhteen on suurempi kuin lämpöemissio, ja aikaväli johtuu aerosolin laimennusajasta ja on melkein vakio (~ 1,5 s).
Vaikka sähköistymisen termoelektrinen mekanismi on toisinaan huonompi kuin lämpöemissio, varauksen muodostumisnopeuden suhteen, se on toiminta-alueella paljon laajempi, koska se toimii missä tahansa aerosoleissa, jos kosketushiukkasten, jotka ovat DT ~ ~ 10 K, lämpötilaeroa tai korkeampi. On myös osoitettu, että muut kirjallisuudessa käsitellyt sähköistysmekanismit (pietsosähkö, balloelektrinen vaikutus, hiukkasten ja kaasusuihkujen kitka jne.) Eivät voi olla merkittävässä asemassa sähkövarausten ja salaman muodostumisessa tulivuorten pääasiassa näiden suuntaviivojen puuttuessa. prosessit, jotka ovat tarpeen varauksen kertymiseksi ja erottamiseksi makroskooppisessa mittakaavassa. Muistelemme, että salaman esiintymiseen tarvitaan kaksi prosessia: hiukkasten sähköistys mikroskooppisella mittakaavalla ja varausten erottaminen koko pilven mittakaavassa. Toinen on pidempi,siksi salama tapahtuu paljon myöhemmin kuin irrotuksen alkaminen.
Makroskooppisia prosesseja tarkastellaan tässä työssä tiiviimmin. Varatun aerosolin sedimentaatio- ja erotusprosessien monimutkaisuus vulkaanisen pilven eri mittakaavan pilvien turbulenssin sekoittumisen olosuhteissa ei salli tarkkaa laskentaa, joten rajoitimme vain (mahdollisuuksien mukaan) analogioiden käyttämiseen ukkospilvien prosessien kanssa. Seurauksena oli muotoiltu kriteerit, joiden täyttäminen on välttämätöntä eri asteikkojen salaman esiintymiselle.