Молнии ослепляют нас, а шлейфы вулканов могут завораживать. Таким образом, вулкан в середине извержения, окруженный зигзагами молний, должен быть одним из самых крутых зрелищ в природе. И это. Люди наблюдают за этим зрелищем уже тысячи лет. Когда Плиний Младший увидел извержение Везувия в 79 г. н.э., он заметил «вспышку молнии», осветившую небо, когда извергся вулканический пепел.
То, что эти две вещи произошли одновременно, возможно, не было совпадением. Сегодня известно, что вздымающиеся шлейфы вулканического пепла способны генерировать молнии. Теперь впервые вы можете слушать раскаты грома. Ранее в этом месяце мир узнал, что группе под руководством геолога Геологической службы США Мэтта Хейни удалось изолировать и записать звук вулканического грома. Такого еще никто не делал, и это достижение может проложить путь к жизненно важным открытиям.
Физика (обычной) молнии
Независимо от траектории, каждая молния возникает в результате разделения зарядов. Грозовое облако похоже на огромную плавучую батарею. Основание заряжено отрицательно, а верхняя часть имеет положительный заряд. Во время грозы сама земля также становится положительно заряженной. Все это означает, что происходит широкая поляризация.
Противоположные заряды естественным образом притягиваются и пытаются уравновесить друг друга. Молния - это быстрый электрический разряд, который может возникнуть между положительно заряженной и отрицательно заряженной областью. Посылая электроны к одному из этих полюсов, молния временно нейтрализует заряд пространства между ними.
Каким образом грозовые облака электризуются? Считается, что потоки воздуха выталкивают холодные капли воды и мелкие частицы льда вверх с ускоренной скоростью. По мере того, как эти тела поднимаются все выше и выше, они сталкиваются с более тяжелыми частицами, называемыми крупой (или «мягким градом»), которые висят в нижней половине облака. Столкновения теоретически придают взбирающимся частицам положительный заряд, в то время как крупа получает отрицательный заряд. Имейте это в виду, потому что это поможет нам понять, как могут образовываться вулканические молнии.
Лед, Пепел и Извержения
То, как извергается вулкан, зависит от многих факторов. Одним из важных факторов является температура магмы, залегающей под поверхностью. Если этот материал горячий - скажем, примерно 1200 градусов по Цельсию (2192 градуса по Фаренгейту) - и он жидкий, вы получите обильное извержение. При таких излияниях лава мягко стекает по склонам вулкана. Но если магма более холодная и вязкая, это означает, что газам внутри вулкана будет труднее выйти наружу. Затем вы получите сильное внутреннее давление, кульминацией которого станет так называемое взрывное извержение, когда потоки лавы и пепла устремятся ввысь.
«Любой вулкан, который производит взрывные извержения и пепловые шлейфы, может генерировать молнии», - говорит в электронном письме Мэтью Хейни, доктор философии, геофизик из Геологической службы США и обсерватории вулканов Аляски в Анкоридже. «Вулканы, которые извергают лаву при извержении, а не при взрыве, вряд ли произведут молнию».
Сама молния создается одним из двух способов; оба связаны с пепловыми шлейфами. Иногда, когда над землей парит облако вулканического пепла, отдельные частицы пепла трутся друг о друга. Это создает статическое электричество, при этом одни частицы становятся положительно заряженными, а другие - отрицательными. В результате получается идеальная среда для молнии.
«Другой путь состоит в том, чтобы пепел покрывался льдом на больших высотах в вулканическом шлейфе и чтобы покрытые льдом частицы пепла сталкивались друг с другом», - говорит Хейни.«Этот второй способ похож на то, как обычная молния возникает высоко в грозовом облаке».
Запись грома
Гром возникает после того, как тепло от молнии быстро нагревает одни частицы окружающего воздуха, отталкивая другие. После удара воздух охлаждается и сжимается с большой скоростью. Деятельность издает треск, который может быть в 10 раз громче, чем звук пневматического отбойного молотка. И все же во время извержения вулкана раскат грома легко заглушить дальним ревом и треском, которые еще более оглушительны.
Вот почему новые записи такие новаторские. В декабре 2016 года Хейни и еще пять геологов установили микрофоны на одном из Алеутских островов Аляски. Рассматриваемый массив суши находился недалеко от вулкана Богослов, гиганта высотой 6000 футов (1828 метров), заякоренного на дне океана с вершиной, которая едва возвышается над уровнем моря.
За восьмимесячный период Богослов извергался более 60 раз. Команда Хейни была там, чтобы записать все это. Он сказал, что в марте и июне 2017 года они попали в затруднительное положение, «проанализировав извержения в Богослове, которые внезапно стихли». Когда оглушительные извержения стихли, их инструменты смогли уловить раскаты вулканического грома.
«Мы показали, что сигналы грома пришли с другого направления, чем извержение вулкана», - говорит Хейни. На протяжении всего исследования датчики молний использовались для определения точного местоположения болтов в шлейфах пепла Богослова. Хейни говорит, что его команда «показала, что характер раската грома во времени соответствует образцу молнии». Другими словами, между ними существовала определенная корреляция.
Результаты ученых были опубликованы в журнале Geological Research Letters 13 марта 2018 года. Теперь, когда кто-то наконец нашел способ записывать звук вулканического грома, будущие исследователи, несомненно, попытаются его услышать. Отслеживая эти шумы, мы можем лучше вычислить, насколько велик или распространен данный пепловый шлейф. Это может помочь нам уберечь самолеты от опасности и организовать эвакуацию после извержения.
Интересно
Когда вулканический остров Кракатау взорвался в 1883 году, извержение было громким. Смешно громко. Капитан британского морского флота, находившийся в то время в 40 милях (64 км) от корабля, сообщил, что более половины его команды были оглушены шумом. Люди, живущие в 3 000 миль (4 828 километров) от места извержения, слышали то, что один очевидец сравнил с «отдаленным ревом тяжелых орудий». И вообще, некоторые атмосферные реверберации Кракатау три или четыре раза обошли весь земной шар. Дааа.