Vulkansk storm

Den vulkanske storm er navnet på fænomenet elektrisk udladning observeret i en vulkansk sky eller på dens periferi. Disse støv- og / eller gasstrømmer oplades elektrisk og producerer ofte spektakulære lyn. En hypotese er, at disse udledninger (som findes på andre planeter) kunne på jorden have deltaget i produktionen af ​​komplekse molekyler eller endda i udseendet af liv.

Fremkomsten af lyn kræver særlige betingelser for elektrisk spændingsforskel, som ikke altid til stede under et udbrud . Ikke alle udbrud genererer derfor dette fænomen. Ifølge en nylig hypotese (2019) kunne disse blink skyldes tilstedeværelsen af naturligt radioaktivt og ioniserende radon i skyen. Tidligere troede man, at det var den statiske elektricitet, der blev frigivet ved partiklernes friktion, der producerede disse blink.

Uddannelse

Det har været et mysterium i lang tid, især fordi adgangen til det indre af skyen er meget farlig for forskere og delikat for motoriserede køretøjer; den detaljerede lodrette profilundersøgelse af de fysisk-kemiske og ladningsegenskaber, af de termodynamiske egenskaber og af mikrofysik af partikler i fjer er derfor nyere. Det var lettere i gasfuger f.eks. Via en instrumenteret ballon og kunne lettes ved brug af droner.

• En første hypotese var, at aske- og støvpartikler, der uddrives af vulkanen , under et vulkanudbrud projiceres med høj hastighed i et område med intens termisk aktivitet. De gnider hurtigt sammen, hvilket oplader dem med elektricitet , de oplades også ved fraktoemission og ved triboelektrificering under interaktioner med hydrometeortypepartikler .
  Partiklerne i skyen akkumuleres således positive eller negative elektriske ladninger . Spændingen i de elektromagnetiske felter, der dannes af dem, bliver gradvist for stærk, hvilket forårsager et sammenbrud og udseendet af lyn .
  Det er nødvendigt, at produktionshastigheden for partiklerne og deres udstødningshastighed gør det muligt at nå luftens nedbrydningsspænding, før fænomenet kan forekomme. Dette er grunden til, at lynhastigheden varierer over tid i samme udbrud og mellem udbruddet af to vulkaner. Ved mindre udslæt kan det aldrig observeres
  • Fractoemission  : det forekommer temmelig tæt på udluftningen, i forbindelse med den eksplosive aktivitet, kilde til voldelig fragmentering af magmaet. Ifølge Lane et al. (2011) kan det være forbundet med emission af fotoner, elektroner, positive ioner og ladede partikler.
  • Triboelektrifikation  : dette er kontaktelektrificering svarende til en ladningsoverførsel til overfladen af ​​partikler.

• En nyere hypotese (2019) er, at lynet, der opstår i den vulkanske sky, hellere vil være på grund af ioniseringen af gasserne, induceret af den naturlige radioaktivitet af den radon, der udsendes af vulkanen.
  En ballon har faktisk bemærket ovenfor Stromboli, at et sådant lyn forekommer i luftformig tilstand, det vil sige i fravær af detekterbart støv og aske. En signifikant elektrisk ladning kunne måles i udelukkende gasformige vulkanske skyer, der kunne registreres askefrit (mindst ± 8000  pC / m 3 ).

Forekomster

Fænomenet, relativt hyppigt, har manifesteret sig ved flere lejligheder og er blevet bemærket i meget lang tid. Nedenfor er nogle nylige sager:

• udbruddet af Taal i 2020
• udbruddet af Etna i 2015;
• udbruddet af Sakurajima i 2013;
• det udbrud af Grímsvötn i 2011  ;
• det udbrud af Eyjafjöll i 2010  ;
• udbruddet af Chaitén i 2008;
• Den Augustin udbrud i 2006 i 1994.

Spørgsmål om videnskabelig viden

Ladede partikler (inklusive dem, der ville være blevet ioniseret ved en nuklear ulykke) har ikke den samme adfærd i atmosfæren som deres uladede kolleger;

Interessen for elektricitet i den vulkanske sky blev genoplivet, da det blev bemærket, at de ladede aerosolskyer (inklusive vulkanske skyer og nogle støvskyer) ikke reagerede på klassiske modeller for partikeltransport på lang rækkevidde: eksisterende modeller forudsiger kun meget ufuldstændigt transporten af ladede partikler og store partikler (Ryder et al., 2013; van der Does et al., 2018; Weinzierl et al., 2017).

Opladningen ændrer faldpartiklen for små partikler i det atmosfæriske elektriske felt, og det påvirker aggregationshastighederne, der producerer tungere partikler (forbedring og udvaskning af skyen ved udfældning, hvis nogen. Kan også forlænge transporten af ​​partikler i stærke elektriske felter.

Forståelsen af ​​disse fænomener er derfor vigtig for modelleringen af ​​fjer og nedfald.

Referencer

1. Mather, TA & Harrison, RG Surv Geophys (2006) Elektrificering af vulkanske fjer 27: 387. [1] | DOI https://doi.org/10.1007/s10712-006-9007-2 | Udskriv ( ISSN  0169-3298 ) | Online ( ISSN  1573-0956 )
2. Aplin, KL, Bennett, AJ, Harrison, RG, & Houghton, IMP (2016) Elektrostatik og prøvetagning in situ af vulkanske fjer . I S. Mackie, C. Cashman, H. Ricketts, A. Rust og M. Watson (red.), Volcanic ash: Hazard observation and monitoring (s. 99-113). Amsterdam: Elsevier. ( ISBN  978-0-08-100405-0 ) .
3. K. Fuchs , vulkaner og jordskælv , bind.  21, Germer Baillière, koll.  "Internationalt videnskabeligt bibliotek",1881, 273  s. ( læs online ) , s.  73-74.
4. (in) Sid Perkins , "  Flashglas: Lyn inde i vulkanske askeplumer skaber glasagtige kugler  " , Science Mag , American Association for the Advancement of Science,4. marts 2015( læs online , hørt 9. december 2015 ).
5. James MR, Lane SJ, Gilbert JS (2000) Elektricering af vulkansk røg: Eksperimentel undersøgelse af en fraktur-opladningsmekanisme. J Geophys Res 105: 16641–16649
6. Lacks, DJ, & Levandovsky, A. (2007). Effekt af partikelstørrelsesfordeling på polariteten af ​​triboelektrisk opladning i granulære isolatorsystemer. Journal of Electrostatics, 65 (2), 107-112. https://doi.org/10.1016/j.elstat.2006.07.010
7. Houghton, IMP, Aplin, KL og Nicoll, KA (2013). Triboelektrisk opladning af vulkansk aske fra Grímsvötn-udbruddet i 2011. | Physical Review Letters, 111 (11), 118501. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.111.118501
8. Nicoll, K., Airey, M., Cimarelli, C., Bennett, A., Harrison, G., Gaudin, D., ... & Marlton, G. (2019) Første in-situ observationer af gasformig vulkansk røgelektrificering . Geofysiske forskningsbreve.
9. (in) "  Himmel lyser op over Sicilien, da Etnas krater bryder ud Voragine  " , The Guardian ,3. december 2015( læs online , hørt 9. december 2015 ).
10. AFP, "  Spektakulært udbrud af Sakurajima-bjerget i Japan  ", Le Monde.fr ,19. august 2013( læs online , konsulteret den 11. december 2015 ).
11. (i) islandske meteorologiske institut og Institut for Geologi, University Island , Grimsvötn vulkan: Statusrapport: 17:00 GMT den 22. maj 2011 ,22. maj 2011, 2  s. ( online præsentation , læs online [PDF] ).
12. (in) "  Ash the transporteres mod syd og øst  " på http://en.vedur.is/ , Islandske meteorologiske kontor (adgang 16. februar 2011 ) .
13. (in) "  Chile Volcano Erupts with Ash and Lightning  " , National Geographic,6. maj 2008(adgang til 9. december 2015 ) .
14. (i) Brian Handwerk , "  Volcanic Lightning udløst af" Dirty tordenvejr "  " , National Geographic ,22. februar 2007(adgang til 9. december 2015 ) .
15. arrison, RG, & Carslaw, KS (2003). Ion-aerosol-sky processer i den lavere atmosfære. Anmeldelser af geofysik, 41 (3), 1012. https: // doi.org/10.1029/2002RG000114
16. Ulanowski, Z., Bailey, J., Lucas, PW, Hough, JH, & Hirst, E. (2007). Justering af atmosfærisk mineralstøv på grund af elektrisk felt. Atmosfærisk kemi og fysik, 7 (24), 6161–6173. https://doi.org/10.5194/acp‐7‐6161‐2007

Tillæg

Relaterede artikler

• Vulkanisme
• Elektrostatisk
• Vulkansk sky

Eksternt link

• Canope netværk; Når asken bliver elektrisk, en vulkansk storm  ; Risici og viden

Bibliografi

• (en) Robert Anderson, Stuart Gathman, James Hughes, Sveinbjörn Björnsson, Sigurgeir Jónasson, Duncan C. Blanchard, Charles B. Moore, Henry J. Survilas og Bernard Vonnegut, "  Electricity in Volcanic Clouds  " , Science , vol.  148, nr .  3674,28. maj 1965, s.  1179-1189 ( ISSN  0036-8075 , e-ISSN  1095-9203 , PMID  17748113 , DOI  10.1126 / science.148.3674.1179 , JSTOR  1716180 ).