Descargas volcánicas en el laboratorio
Los rayos y las descargas volcánicas son una de las pocas cosas que podrían hacer una erupción más espectacular aún de lo que es.
Sin duda usted ha visto las fotos recientes de este fenómeno a partir de la erupción del Monte Kelud en Indonesia - iluminando una enorme nube de cenizas por la noche - o desde cualquier otra erupción en los últimos años, Puyehue - Cordón Caulle de Chile en 2011 a Sakurijima en Japón en 2013 hasta el Eyjafjallajökull en Islandia en 2010. Esto hace que para algunos la fotografía de rayos volcánicos una experiencia única.
La formación de los rayos volcánicos es el resultado de la carga eléctrica que se acumula en la erupción. Las partículas de ceniza son fragmentos de roca volcánica pulverizada de menos de 2 mm de diámetro, y aunque parecen humo desde la distancia, el hecho es que están compuestas de rocas significas que pueden, bajo las circunstancias adecuadas, conducir la electricidad. Una parte significativa de los gases de escape de un volcán se compone de vapor de agua - sabemos que los elementos mojados conducen la electricidad mejor - y algunos investigadores piensan que se forma cristales de hielo de vapor de agua en la columna llegando a la congelación en altitudes altas y se puede así aumentar la conductividad eléctrica de la pluma volcánica.
A pesar de que es un espectáculo llamativo, los rayos volcánicos plantean peligros ya que la mayoría de la gente podría no asociarlos con una erupción. Como un rayo, en una tormenta ordinaria, puede golpear a los objetos, personas y animales, y comenzar incendios, si las personas se están concentrando en los peligros más obvios de una erupción volcánica, puede ser fácil pasar por alto los peligros creados por un rayo en el penacho volcánico. Pero es muy difícil observar un relámpago volcánico de cerca sin estar en el camino de una erupción. Y el campo es relativamente nuevo - todavía no sabemos mucho sobre el proceso exacto que los generan. Por eso fue muy llamativo leer el artículo por Cimarelli et al. en la edición de enero de 2014 de Geology - porque lograron observarlos en el laboratorio.
El Dr. Cimarelli escribió acerca del trabajo y uno de sus coautores, Don Dingwell , habló de ello en una charla en el Instituto Carnegie de Washington el mes pasado. Acompañando en el enfoque de los experimentos de fragmentación de roca, todos los que lleva a cabo en el laboratorio, el Dr. Dingwell mencionó que encontrar una descarga volcánico en el laboratorio era un poco difícil - un producto derivado de los experimentos realizados. Durante la presentación sobre los experimentos en curso, los investigadores notaron que era necesario revisar algunos de los equipos de grabación o el su mal funcionamiento de alguna manera. Cuando se llevaron una cámara súper lenta y se registraron los experimentos de nuevo, encontraron algo como esto. (Haga click para ir a ver los vídeos en el sitio web del laboratorio ver aquí).
Los experimentos de fragmentación establecieron que las muestras de roca volcánica podrían ser pulverizadas en una "bomba de presión ", y el material del tamaño de ceniza se les permitiría escapar entonces de la cámara de presión a través de una serie de diafragmas en un tanque de recolección. Estos videos muestran los experimentos de cenizas volcánicas justo donde se utilizó para tratar de recrear el efecto, y se ralentizan a una razón de 50.000 fotogramas por segundo. Muestran rayos diminutos formándose en la " pluma", creados por la ceniza de voladura en el área de recogida - al igual que se puede ver en una erupción real.
Los resultados de los experimentos de descompresión con ceniza volcánica, con los gráficos de potencial eléctrico, la presión del viento y el ángulo de la zona de empuje del gas. El área sombreada en los gráficos indican los tiempos de ocurrencia del rayo, y D-F muestran disparos progresivos del experimento. (Figura 2 en Cimarelli et al. 2013)
Como resultado, existen condiciones ideales para la creación de los rayos volcánicos. Cimarelli et al. encontraron que las descargas eléctricas que se encuentran sólo sucedían con intervalos de tamaños específicos de la ceniza, en algunos puntos del proceso experimental: la ceniza más fina producida tiene mayor número de descargas de concentrados en la cáscara turbulenta alrededor de las partículas más grandes en el centro de la columna, y en el momento que las porciones turbulento finas se marchaban, las descargas se detuvieron.
En cambio, cuando repitieron los experimentos de descompresión con perlas de vidrio de ceniza volcánica, sugirieron varios mecanismos para la construcción de cargas. En plumas con dos tamaños diferentes de perlas, perlas más grandes tendían a cargarse en carga positiva, mientras que las más pequeñas tienden a cargas negativas. Sin embargo, cuando las cuentas fueron todas del mismo tamaño en un penacho turbulento, los autores sugieren que hubo una mezcla de carga.
Conocer las circunstancias bajo las que se genera un rayo volcánico es un gran paso hacia el tratamiento de cómo otro peligro volcánico ser mitigado. Es una interesante intersección de los fenómenos atmosféricos y los peligros en tierra, y otros grupos de investigación han tomado ventaja de la tecnología originalmente significaba para controlar la caída de rayos en nubes de tormenta regulares para hacer el seguimiento de un rayo volcánica. El USGS utiliza instrumentos especiales que han desarrollado en New Mexico Tech para mapear un rayo que cae sobre la erupción del volcán Augustine en 2006 , y el método ha sido una forma útil para realizar un seguimiento de la progresión de una fracción definida del tamaño de la pluma de erupción. Esto podría ser crucial para las previsiones de migración de plumas, que se utilizaría para proteger el tráfico aéreo, así como las secuelas de caída de polvo volcánico.
Como se ha mencionado antes, los relámpagos volcánicos no han sido estudiados tan extensivamente como algunos otros peligros (una búsqueda rápida GeoRef detuvo a sólo 350 o menos elementos en el tema), pero será emocionante ver cómo cambia eso mientras los estudios como éste se van añadiendo a nuestro conocimiento.
Referencias
Cimarelli, C., Alatorre-Ibargüengoitia, M.A., Kueppers, U., Scheu, B., Dingwell, D.B., 2013, Experimental generation of volcanic lightning. Geology, v. 42, no. 1, p. 79-82.
Thomas, R.J., McNutt, P.R., Rison, W., Aulich, G., Edens, H.E., Tytgat, G., Clark, E., 2010, Lightning and Electrical Activity during the 2006 Eruption of Augustine Volcano in Power, J.A., Coombs, M.L., and Freymueller, J.T., eds., The 2006 Eruption of Augustine Volcano, Alaska, USGS Professional Paper 1769, p. 579-608