Vulkanstorm

Den vulkanske stormen er navnet gitt til fenomenet elektrisk utladning observert i en vulkansk sky eller i periferien. Disse støv- og / eller gassplommene blir elektrisk ladet og gir ofte spektakulære lyn. En hypotese er at disse utslippene (som finnes på andre planeter) kunne ha deltatt i produksjonen av komplekse molekyler, eller til og med i utseendet til livet.

Utseendet til lyn krever spesielle forhold med elektrisk potensialforskjell som ikke alltid er tilstede under et utbrudd . Ikke alle utbrudd genererer derfor dette fenomenet. I følge en nylig hypotese (2019) kan disse blinkene skyldes tilstedeværelsen av naturlig radioaktiv og ioniserende radon i skyen. Tidligere trodde man at det var den statiske elektrisiteten som ble frigjort av partiklens friksjon som produserte disse blinkene.

Opplæring

Det har lenge vært et mysterium, særlig fordi tilgangen til det indre av skyen er veldig farlig for forskere og delikat for motoriserte kjøretøyer; den detaljerte vertikale profilstudien av fysisk-kjemiske og ladningsegenskaper, termodynamiske egenskaper og mikrofysikk av partikler i plumer er derfor nylig. Det var lettere i gassplommer, for eksempel via en instrumentert ballong, og kunne lettes ved bruk av droner.

• En første hypotese var at aske og støvpartikler som blir utvist av vulkanen under et vulkanutbrudd projiseres i høy hastighet til et område med intens termisk aktivitet. De gnir seg raskt sammen, som lader dem med elektrisitet , de lades også ved fraktoemission og ved triboelektrifisering under interaksjoner med hydrometeortypene .
  Partiklene i fjæren akkumulerer altså positive eller negative elektriske ladninger . Spenningen til de elektromagnetiske feltene som dannes av dem, blir gradvis for sterk, noe som forårsaker sammenbrudd og utseendet til lyn .
  Det er nødvendig at produksjonshastigheten til partiklene og deres utkastningshastighet gjør det mulig å nå nedbrytningsspenningen i luften for at fenomenet skal oppstå. Dette er grunnen til at lynhastigheten varierer over tid i samme utbrudd og mellom utbruddene av to vulkaner. Ved mindre utslett kan det aldri bli observert
  • Fraktemisjon  : den forekommer ganske nær ventilen, i forbindelse med den eksplosive aktiviteten, kilde til voldsom fragmentering av magmaet. I følge Lane et al. (2011) kan det assosieres med utslipp av fotoner, elektroner, positive ioner og ladede partikler.
  • Triboelektrifisering  : dette er kontaktelektrifisering, tilsvarende en ladningsoverføring til overflaten av partikler.

• En nyere hypotese (2019) er at lynet som oppstår i den vulkanske skyen heller vil være på grunn av ioniseringen av gassene, indusert av den naturlige radioaktiviteten til radonen som sendes ut av vulkanen.
  En ballong er faktisk bemerket ovenfor Stromboli at en slik tordenvær i gassformig tilstand, det vil si i fravær av detekterbare støv og aske En betydelig elektrisk ladning har blitt målt i utelukkende gassformige vulkan skyer askefrie påvisbar (i det minste ± 8000  pC / m 3 ).

Forekomster

Fenomenet, relativt hyppig, har manifestert seg ved flere anledninger og har vært kjent i veldig lang tid. Nedenfor er noen tilfeller:

• utbruddet av Taal i 2020
• utbruddet av Etna i 2015;
• utbruddet av Sakurajima i 2013;
• det utbrudd av Grímsvötn i 2011  ;
• det utbrudd av Eyjafjoll i 2010  ;
• utbruddet av Chaitén i 2008;
• Augustine- utbruddet i 2006 i 1994.

Vitenskapelig kunnskapsspørsmål

Ladede partikler (inkludert de som ville blitt ionisert av en atomulykke) har ikke samme oppførsel i atmosfæren som deres uladede kolleger;

Interessen for elektrisitet i den vulkanske skyen ble gjenopplivet da det ble lagt merke til at de ladede aerosolskyene (inkludert vulkanske skyer og noen støvskyer) ikke svarte på klassiske modeller for partikkeltransport på lang rekkevidde: eksisterende modeller forutsier bare veldig ufullkommen transport av ladede partikler og store partikler (Ryder et al., 2013; van der Does et al., 2018; Weinzierl et al., 2017).

Ladningen endrer fallhastigheten for små partikler i det atmosfæriske elektriske feltet, og det påvirker aggregasjonshastighetene som produserer tyngre partikler (forsterkning og utvasking av skyen ved utfelling, hvis noen. Kan også forlenge transporten av partikler i sterke elektriske felt.

Å forstå disse fenomenene er derfor viktig for modellering av fjær og nedfall.

Referanser

1. Mather, TA & Harrison, RG Surv Geophys (2006) Elektrifisering av vulkanske fjær 27: 387. [1] | DOI https://doi.org/10.1007/s10712-006-9007-2 | Skriv ut ( ISSN  0169-3298 ) | Online ( ISSN  1573-0956 )
2. Aplin, KL, Bennett, AJ, Harrison, RG, & Houghton, IMP (2016) Elektrostatikk og in situ prøvetaking av vulkanske fjær . I S. Mackie, C. Cashman, H. Ricketts, A. Rust og M. Watson (red.), Volcanic ash: Hazard observation and monitoring (s. 99-113). Amsterdam: Elsevier. ( ISBN  978-0-08-100405-0 ) .
3. K. Fuchs , vulkaner og jordskjelv , vol.  21, Germer Baillière, koll.  "Internasjonalt vitenskapelig bibliotek",1881, 273  s. ( les online ) , s.  73-74.
4. (in) Sid Perkins , "  Flash glass: Lightning inside vulkanic ash plumes create glassy sferules  " , Science Mag , American Association for the Advancement of Science,4. mars 2015( les online , konsultert 9. desember 2015 ).
5. James MR, Lane SJ, Gilbert JS (2000) Elektrikisering av vulkansk fjær: Eksperimentell undersøkelse av en bruddladingmekanisme. J Geophys Res 105: 16641–16649
6. Mangler, DJ og Levandovsky, A. (2007). Effekt av partikkelstørrelsesfordeling på polariteten til triboelektrisk lading i granulære isolatorsystemer. Journal of Electrostatics, 65 (2), 107–112. https://doi.org/10.1016/j.elstat.2006.07.010
7. Houghton, IMP, Aplin, KL, & Nicoll, KA (2013). Triboelektrisk lading av vulkansk aske fra Grímsvötn-utbruddet 2011. | Physical Review Letters, 111 (11), 118501. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.111.118501
8. Nicoll, K., Airey, M., Cimarelli, C., Bennett, A., Harrison, G., Gaudin, D., ... & Marlton, G. (2019) Første in-situ observasjoner av gassformet vulkansk fjærelektrifisering . Geofysiske forskningsbrev.
9. (in) "  Himmelen lyser opp over Sicilia når Etnas krater bryter ut Voragine  " , The Guardian ,3. desember 2015( les online , konsultert 9. desember 2015 ).
10. AFP, "  Spektakulært utbrudd av Sakurajima-fjellet i Japan  ", Le Monde.fr ,19. august 2013( les online , konsultert 11. desember 2015 ).
11. (in) Islandsk meteorologisk kontor og institutt for geovitenskap, Universitetet Island , vulkanen Grimsvotn: Statusrapport: 17:00 GMT, 22. mai 2011 ,22. mai 2011, 2  s. ( online presentasjon , les online [PDF] ).
12. (in) "  Ash the båret sørover og øst  " på http://en.vedur.is/ , islandsk meteorologisk kontor (åpnet 16. februar 2011 ) .
13. (i) "  Chile Volcano Erupts med Ash og Lightning  " , National Geographic,6. mai 2008(åpnet 9. desember 2015 ) .
14. (i) Brian Handwerk , "  Volcanic Lightning Sparked by" Dirty Thunderstorms "  " , National Geographic ,22. februar 2007(åpnet 9. desember 2015 ) .
15. arrison, RG, & Carslaw, KS (2003). Ion-aerosol-sky prosesser i den nedre atmosfæren. Anmeldelser av geofysikk, 41 (3), 1012. https: // doi.org/10.1029/2002RG000114
16. Ulanowski, Z., Bailey, J., Lucas, PW, Hough, JH, & Hirst, E. (2007). Justering av atmosfærisk mineralstøv på grunn av elektrisk felt. Atmosfærisk kjemi og fysikk, 7 (24), 6161–6173. https://doi.org/10.5194/acp‐7‐6161‐2007

Vedlegg

Relaterte artikler

• Vulkanisme
• Elektrostatisk
• Vulkansk fjær

Ekstern lenke

• Canope Network; Når asken blir elektrisk, en vulkansk storm  ; Risiko og kunnskap

Bibliografi

• (en) Robert Anderson, Stuart Gathman, James Hughes, Sveinbjörn Björnsson, Sigurgeir Jónasson, Duncan C. Blanchard, Charles B. Moore, Henry J. Survilas og Bernard Vonnegut, "  Electricity in Volcanic Clouds  " , Science , vol.  148, n o  3674,28. mai 1965, s.  1179-1189 ( ISSN  0036-8075 , e-ISSN  1095-9203 , PMID  17748113 , DOI  10.1126 / science.148.3674.1179 , JSTOR  1716180 ).