Влияние вулканического пепла на стоячую ударную волну

Новые исследования показывают, что вулканический пепел изменяет высоту, ширину и продолжительность стоячей ударной волны, которая может возникнуть во время извержений вулкана, - пишет eurekalert.org.

Представьте, что вы готовитесь лететь в отпуск, но внезапно извергается вулкан, посылая огромное количество вулканического пепла в атмосферу, и вынуждает вас отменить рейс. Именно это и произошло в апреле 2010 года в Исландии во время извержения вулкана Эйяфьятлайокудль, который нарушил воздушные перевозки в Европе на шесть дней. В настоящее время ученые используют физику плазмы, чтобы предсказать характеристики этих опасных пепловых шлейфов.

Вулканы - это разрывы в коре планеты, которые распространены во всей Солнечной системе. На Земле вулканы, как правило, находятся вдоль границ сталкивающихся или расходящихся тектонических плит или в отверстиях в коре нашей планеты, называемых горячими точками.

Во время извержения вулкана происходит выброс газа под высоким давлением через сопло или вентиляционное отверстие. Это вызывает то, что ученые описывают как стоячую ударную волну. Ударная волна - это возмущение, которое движется быстрее скорости звука, подобно звуковому грохоту, и вызывает рост плотности по мере своего распространения. Стоячая ударная волна - это та, которая остается неподвижной, поэтому рост плотности происходит на месте. Хотя эти стоячие ударные волны были ранее исследованы в связи со шлейфами ракет и впрысками топлива, сравнительно мало исследований, связанных с истечением газа, содержащего мелкие частицы, особенно вулканический пепел.

Недавно исследовательская группа в Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса (ЛНЛЛ) использовала физику плазмы, чтобы исследовать, как добавление вулканического пепла влияет на характеристики стоячей вулканической ударной волны, и сделала открытие.

«Наши исследования показывают, что вулканический пепел изменяет высоту, ширину и продолжительность существования стоячей ударной волны», - говорит доктор Йенс фон дер Линден - физик и ведущий исследователь проекта ЛНЛЛ, который представит результаты на этой неделе в Американском физическом обществе.

Сотрудники Университета Людвига-Максимиллиана недавно обнаружили в экспериментах с ударной трубкой, что свет, излучаемый плазмой электрических искр, очерчивает поверхность стоящего удара в присутствии вулканического пепла. Это открытие теперь позволяет отслеживать форму стоячей ударной волны в лабораторных экспериментах с различными смесями частиц и газов путем визуализации электрических искр.

Наблюдения за извержениями вулканов показывают, что заряженные частицы пепла в области низкого давления стоячей ударной волны могут образовывать искры, которые можно обнаружить по радиоволнам, которые они производят. В будущем ученые могли бы провести триангуляцию положения электрической искры из измерений радиоволн, чтобы определить структуру стоячей ударной волны над вулканическим отверстием и оценить содержание частиц пепла в стоячей ударной волне.

«Эти оценки пепла могут быть использованы для раннего прогнозирования выбросов вулканического пепла, которые могут быть опасны для авиации, как это было в 2010 году во время извержения Эйяфьятлайокудля в Исландии», - сказал доктор фон дер Линден.