Ученые воссоздали вулканическую молнию

Извержение вулкана с его взрывными выбросами пепла и потоками раскаленной лавы — уже достаточно яркое зрелище. Однако поистине магическая атмосфера создается при появлении над бушующей горой электрических разрядов.

Чтобы разобраться в процессе образования вулканической молнии, ученые воспроизвели вулканические взрывы в лаборатории.

В экспериментах использовалась установка, позволяющая корректировать свойства вулканического шлейфа, показывая, как изменение температуры или влажности пепла влияет на его способность генерировать молнии. Согласно результатам, чтобы получить дополнительное световое шоу во время извержения, необходим сухой пепел.

Вулканическая молния имеет общий ключевой принцип с молнией в облаках: вам нужно разделить положительные и отрицательные заряды. Когда эта разность потенциалов становится слишком сильной, появляется молния, рассекающая изолирующий воздух и нейтрализующая разницу зарядов.

Ингредиенты в пепловых шлейфах отличаются от ингредиентов в классических облаках. Ученые почти уверены, что в случае с извержениями столкновения частиц пепла вызывают электрификацию. Этот процесс, известный как трибоэлектричество, также происходит, когда вы трете о голову воздушный шар. Ученые также считают, что разрушение вулканического мусора в шлейфе помогает накапливать электрический заряд.

В экспериментах использовали установку, известную как осколочная бомба: камера с аргоновым газом под давлением, содержащая пепел, которая под высоким давлением взрывается в определенной точке, декомпрессируется, и ее содержимое распространяется в высокий стальной коллекторный резервуар. Пепел высвобождается в виде расширяющейся струи, в которой рождается вулканическая молния.

Ученые обнаружили, что при комнатной температуре разряды были больше в размерах, но их было мало. При более высокой температуре — меньше, но более многочисленные. И даже с небольшим увлажнением пепла наблюдалось уменьшение общей электрификации шлейфа на порядок.

Водяной пар расширяется даже более резко, чем газообразный аргон при выпуске. Это создает более мощный взрыв, расширяющий поток пепла. Чем меньше столкновений между частицами пепла в целом, тем меньше вероятность возникновения молнии. И наоборот, детонации сухого пепла создавали более сфокусированные струи с большим количеством генерирующих заряд столкновений и большим количеством молний.

По словам ученых, подсказки, полученные в результате этих экспериментов, чрезвычайно полезны для понимания того, как образуется вулканическая молния. Чем больше известно об этом явлении, тем точнее можно определить тип извержения задолго до того, как его обнаружат эксперты. Это важно для защиты самолетов, пролетающих поблизости, и населенных пунктов, расположенных с подветренной стороны.

Исследование опубликовано в журнале Geophysical Research Letters.