"… Meie, Maa inimesed, oleme oma vulkaanide puhastamiseks liiga väikesed. Seetõttu põhjustavad nad meile nii palju probleeme."
Antoine de Saint-Exupery "Väike prints"
Olete ilmselt kõik seda tüüpi välku näinud. Huvitav nähtus! Kohe tulevad meelde igasugused fantastilised filmid … "Sõrmuste isand" näiteks:-)
Teen ettepaneku vaadata valikut sellest looduse rahutusest ja maa sisemusest. Peaaegu kõik fotod on klõpsatavad.
Tavalise välgu ilmnemise põhjus äikese ajal jääb uurimise objektiks ja vulkaanilise välgu olemust mõistetakse veelgi vähem. Üks hüpotees näitab, et magma või vulkaanilise tuha väljutatud mullid on elektriliselt laetud ja need liiguvad selliste eraldatud alade loomiseks. Kuid vulkaanilise välgu võib põhjustada ka vulkaanitolmu laadimiskokkupõrked.
Reklaamvideo:
Teadlased suutsid enneolematu eraldusvõimega vulkaanilise tuha pilves registreerida elektrilise aktiivsuse ja tuvastada kahte tüüpi välku, mis tekivad purse ajal. Alaskas asuva Redouti vulkaani purskamisele eelnes iseloomulik seismiline tegevus, mis võimaldas New Mexico mäetööstusinstituudi teadlastel leida aega kraatri lähedale miniatuursete vaatlusjaamade võrgu loomiseks.
Neile pakuti ülikiirelaineraadiosaatjaid, mis salvestasid välgulööke välja visatud tuhapilves. Purse ajal täheldasid vulkanoloogid 16 võimsat tormi, mis varustas neid edasiseks analüüsiks suure hulga andmetega.
Selle tulemusel suutsid teadlased avastada, et vulkaaniline välk jaguneb kahte tüüpi: suhteliselt väikesed, otse kraatri lähedal asuvad ja võimsad, mida täheldatakse kõrgel tuhapilves. Teadlaste sõnul on mõlemad erinevat laadi. Väikesed väikesed välkpoldid on magmas toimuvate elektriliste protsesside tagajärg, kuna see laguneb paljudeks väikesteks osakesteks. Tuhapilves tekivad suured välklambid, kui temperatuur langeb alla -20 kraadi Celsiuse järgi, kui ülejahutatud veepiisad külmuvad. Sarnaseid protsesse põhjustavad pilvede heitmed äikese ajal. Teadlased on leidnud ka seose tuhapilve kõrguse ning välgulöökide tugevuse ja sageduse vahel.
Arvesse võetakse peamisi füüsilisi protsesse, mis vastutavad vulkaani kohal oleva gaasi-soojuspilve elektrifitseerimise eest. Analüüsitakse mõnda vulkaanilise aerosooli mehaanika omadusi ja selle gravitatsioonilist eraldumist. Näidatakse, et vulkaanipilves laengute tekke ja eraldamise paljude füüsikaliste ja füüsikalis-keemiliste protsesside hulgas on kõige olulisemad termioonne emissioon ja termoelektrilisus. Arvutatakse peamised seadused, mis reguleerivad aerosooliosakeste elektrifitseerimist nende protsesside ajal. Leiti, et välgu tekkeks vulkaanipilves peab väljutusmaterjal sisaldama märkimisväärses koguses peent fraktsiooni (1-30 mikronit). Lühidalt analüüsitakse muude füüsikaliste protsesside osalemise võimalusi aerosooliosakeste ja kogu vulkaanipilve elektrifitseerimisel. Arvesse võetakse ka laengute eraldamise kineetikat ja välgu tekke tingimusi vulkaanipilvedes. Näidatud on elektriliste protsesside intensiivsuse ning purse energia ja jõu suhe. Järeldatakse, et on vaja läbi viia põhjalik soojuspilvede elektrilise aktiivsuse mõõtmine koos massi eemaldamise kineetika uurimisega ja väljutatava materjali algtemperatuuri määramisega.
Elektrilised nähtused aerosoolides on väga erinevad nii vormi kui ka intensiivsuse poolest. Kõige grandioossemad elektriprotsessid toimuvad looduslikes aerosoolides suurtes kogustes (hinnanguliselt kümnetes ja sadades tuhandetes kuupmeetrites) ja kõrgetel pingetel (kuni sadu megavolte) [1, 2]. Välgu sagedus äikesepilves ulatub vahel 0,05 - 0,2 s-1. Elektriliste protsesside suurim intensiivsus on aga vulkaanide kohal kuivades gaasi-soojuspilvedes (vt bibliograafiat [3]). Igal teisel suurel välgul (millest üks on näidatud joonisel 1) laeb palju sagedamini väike säde 8-10 m pikkust, intensiivset ja pikaajalist koroonalampi vulkaanipilvega kaetud aladel - see on lühike loetelu nendest nähtustest, mida täheldati vulkaanipursete ajal …
Mitte iga purskega ei kaasne välku. See tähendab, et vulkaanilise aerosooli elektrifitseerimise intensiivsus sõltub põhimõtteliselt purse omadustest. Üldiselt võib aerosooliosakeste elektrifitseerimine toimuda paljudel põhjustel, mis on seotud füüsikaliste ja füüsikalis-keemiliste protsessidega gaasi-räbu-soojuspilves [3, 4]. Kuid pidades silmas asjaolu, et vulkaanilise aerosooli elektrifitseerimise intensiivsus on palju suurem kui kõigil teistel teadaolevatel aerosoolidel [3 - 6], on võimalik eristada mitmeid spetsiifilisi protsesse, millel on vulkaanipilves peamine roll.
- Vulkaanilise aerosooli kõige olulisemad omadused on:
- väga kõrge palavik;
- tahkete aerosooliosakeste temperatuuride suur erinevus nii omavahel kui ka ümbritseva gaasi suhtes;
- gaasis suspendeeritud vulkaaniliste tuhaosakeste süsteemi tugev mittestatsionaalsus. Kui tavalised aerosoolid on vanemad kui 1 minut ja sellise aerosooli arvutatud kontsentratsioonid ei tohi enam ületada na = 103 osa / cm3, siis toimuvad vulkaanilise aerosooli elektrifitseerimise protsessid kontsentratsioonil n »107–109 osa / cm3 ja, nagu allpool näidatakse, praktiliselt lõpevad: aerosooli olemasolu teise sekundi lõpp;
- vulkaaniline aerosool sisaldab erinevalt kõigist teistest tuhka, lapilli, räbu ja isegi vulkaanipomme, s.o. kogu massispekter vahemikus ~ 10-12 kuni> 103 g.
Selles töös vaadeldakse tuha-tuha vulkaaniliste osakeste kahte elektrifitseerimise mehhanismi, nimelt elektronide termoemissiooni ja termoelektrilisust. Termionaalse emissiooniprotsessi arvutamine võimaldab määrata väljutatava materjali minimaalse algtemperatuuri Tmin, millest madalamal on termilise emissiooni intensiivsus nii madal, et see ei suuda enam märgatavat elektrifitseerimist. Termionaalse mehhanismi toimimise kestus määratakse osakeste jahutusajaga algtemperatuurist fikseeritud Tmin-ni ja see võib varieeruda vahemikus ~ 0,1 kuni ~ 10 s. Samuti on näidatud, et vulkaaniliste aerosooliosakeste elektriseerimise termoelektrilisel mehhanismil ei ole temperatuuri "läve", seetõttu on selle mehhanismi toimimisulatus temperatuuri osas suurem kui soojusemissioon ning ajaintervall tuleneb aerosooli lahjendusajast ja on peaaegu konstantne (~ 1,5 s).
Ehkki termoelektriline elektrifitseerimismehhanism on laengu tekkekiiruse osas mõnikord halvem kui termoemissioonne, on see tegevusvahemiku osas palju laiem, kuna see toimib suvalistes aerosoolides, kui kokkupuutuvate osakeste DT ~ ~ 10 K ja kõrgemate temperatuuride erinevus on erinev. Samuti on näidatud, et muud kirjanduses käsitletud elektrifitseerimise mehhanismid (piesoelektrilisus, balloelektriline efekt, osakeste ja gaaside juga hõõrdumine jne) ei saa mängida olulist rolli elektrilaengute ja välgu tekkeks vulkaanide kohal, peamiselt nende suundumuse puudumise tõttu. protsessid, mis on vajalikud laengu kogunemiseks ja eraldamiseks makroskoopilisel skaalal. Meenutagem, et välgu tekkeks on vajalikud kaks protsessi: osakeste elektrifitseerimine mikroskoopilisel skaalal ja laengute eraldamine kogu pilve skaalal. Teine on pikem,seetõttu toimub välk palju hiljem kui väljutamise algus.
Selles töös käsitletakse makroskoopilisi protsesse laiemalt. Laetud aerosooli settimise ja eraldamise protsesside keerukus vulkaanipilve erineva ulatusega pilvede turbulentse segunemise tingimustes ei võimalda täpset arvutamist, seetõttu piirdusime (kui võimalik) analoogiate kasutamisega äikesepilvis toimuvate protsessidega. Selle tulemusel sõnastati kriteeriumid, mille täitmine on vajalik erineva ulatusega välkude tekkeks.
