"… Nous, les humains sur Terre, sommes trop petits pour nettoyer nos volcans. C'est pourquoi ils nous causent tant de problèmes."
Antoine de Saint-Exupéry "Le Petit Prince"
Vous avez probablement tous vu ce type d'éclairs. Un phénomène intéressant! Toutes sortes de films fantastiques viennent immédiatement à l'esprit … "Le Seigneur des Anneaux" par exemple:-)
Je propose de voir une sélection de cette émeute de la nature et des entrailles de la terre. Presque toutes les photos sont cliquables.
La raison de l'apparition de la foudre ordinaire pendant un orage reste le sujet de recherche, et la nature de la foudre volcanique est encore moins comprise. Une hypothèse suggère que les bulles éjectées de magma ou de cendre volcanique sont chargées électriquement et qu'elles se déplacent pour créer de telles zones séparées. Cependant, la foudre volcanique peut également être causée par des collisions de charge dans la poussière volcanique.
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Les scientifiques ont pu enregistrer l'activité électrique dans un nuage de cendres volcaniques avec une résolution sans précédent et identifier deux types d'éclairs qui se produisent lors d'une éruption. L'éruption du volcan Redout, situé en Alaska, a été précédée d'une activité sismique caractéristique, qui a permis à un groupe de scientifiques du New Mexico Institute of Mining d'avoir le temps d'établir à l'avance un réseau de stations d'observation miniatures près du cratère.
Ils ont été équipés de détecteurs radio à ondes ultra courtes, qui ont enregistré les coups de foudre dans le nuage de cendres qui a été jeté. Au cours de l'éruption, les volcanologues ont observé 16 tempêtes puissantes, ce qui leur a fourni une grande quantité de données pour une analyse ultérieure.
En conséquence, les scientifiques ont pu découvrir que la foudre volcanique est divisée en deux types: relativement petite, se produisant directement près du cratère, et puissante, observée haut dans un nuage de cendres. Selon les scientifiques, les deux sont de nature différente. Les petits éclairs bas sont le résultat de processus électriques dans le magma lorsqu'il se décompose en de nombreuses petites particules. De gros éclairs dans un nuage de cendres se produisent lorsque la température descend en dessous de -20 degrés Celsius, lorsque les gouttelettes d'eau surfondues gèlent. Des processus similaires sont causés par des décharges dans les nuages pendant les orages. Les scientifiques ont également trouvé une corrélation entre la hauteur du nuage de cendres et la puissance et la fréquence des coups de foudre.
Les principaux processus physiques responsables de l'électrification d'un nuage de chaleur gazeuse au-dessus d'un volcan sont considérés. Certaines caractéristiques de la mécanique de l'aérosol volcanique et de sa séparation gravitationnelle sont analysées. Il est démontré que les plus importants parmi les nombreux processus physiques et physico-chimiques de génération et de séparation de charges dans un nuage volcanique sont l'émission thermionique et la thermoélectricité. Les principales lois régissant l'électrification des particules d'aérosol au cours de ces procédés sont calculées. Il a été constaté que pour la formation de la foudre dans un nuage volcanique, le matériau d'éjection doit contenir une quantité notable d'une fraction fine (1-30 microns). Les possibilités de participation d'autres processus physiques à l'électrification des particules d'aérosol et du nuage volcanique dans son ensemble sont brièvement analysées. La cinétique de séparation des charges et les conditions de formation de la foudre dans les nuages volcaniques sont également considérées. La relation entre l'intensité des processus électriques et l'énergie et la puissance de l'éruption est montrée. Il est conclu qu'il est nécessaire de mesurer l'activité électrique des nuages de chaleur avec une étude de la cinétique d'élimination de masse et la détermination de la température initiale du matériau d'éjection.
Les phénomènes électriques dans les aérosols sont très diversifiés tant en forme qu'en intensité. Les processus électriques dans les aérosols naturels sont plus grandioses à des volumes importants (dizaines et centaines de milliers de mètres cubes) et à des tensions élevées (jusqu'à des centaines de mégavolts) [1, 2]. La fréquence de la foudre dans les nuages d'orage atteint parfois 0,05 - 0,2 s-1. Cependant, la plus forte intensité des processus électriques est observée dans les nuages de chaleur de gaz secs au-dessus des volcans (voir la bibliographie dans [3]). De grands éclairs toutes les secondes (dont l'un est illustré à la Fig.1), de petites décharges d'étincelles beaucoup plus fréquentes de 8 à 10 m de long, une lumière corona intense et prolongée dans les zones couvertes par un nuage volcanique - voici une courte liste de ces phénomènes qui ont été observés lors des éruptions volcaniques …
Toutes les éruptions ne sont pas accompagnées d'éclairs. Cela signifie que l'intensité d'électrification de l'aérosol volcanique dépend essentiellement des caractéristiques de l'éruption. D'une manière générale, l'électrification des particules d'aérosol peut se produire pour de nombreuses raisons associées aux processus physiques et physico-chimiques dans un nuage gaz-laitier-chaleur [3, 4]. Cependant, étant donné que l'intensité d'électrification de l'aérosol volcanique est beaucoup plus élevée que celle de tous les autres aérosols connus [3 - 6], il est possible de distinguer un certain nombre de processus spécifiques qui jouent le rôle principal dans le nuage volcanique.
- Les caractéristiques les plus importantes de l'aérosol volcanique sont:
- fièvre très élevée;
- une grande différence de température des particules solides d'aérosol entre elles et par rapport au gaz environnant;
- forte non stationnarité du système de particules de cendres volcaniques en suspension dans le gaz. Si les aérosols ordinaires ont plus de 1 min et que les concentrations calculées d'un tel aérosol ne peuvent plus dépasser na = 103 partie / cm3, alors les processus d'électrification de l'aérosol volcanique se déroulent à des concentrations n »107-109 partie / cm3 et, comme on le verra ci-dessous, se terminent pratiquement par la fin de la deuxième seconde de l'existence de l'aérosol;
- les aérosols volcaniques, contrairement à tous les autres, comprennent les cendres, les lapilli, les scories et même les bombes volcaniques, c.-à-d. tout le spectre de masse de ~ 10-12 à> 103 g.
Dans ce travail, deux mécanismes d'électrification des particules volcaniques de cendres-cendres sont considérés, à savoir la thermoémission d'électrons et la thermoélectricité. Le calcul du processus d'émission thermionique permet de déterminer la température initiale minimale Tmin du matériau d'éjection, en dessous de laquelle l'intensité d'émission thermionique est si faible qu'elle n'est plus en mesure d'assurer une électrification notable. La durée de l'action du mécanisme thermo-ionique est déterminée par le temps de refroidissement des particules de la température initiale à une Tmin fixe et peut varier de ~ 0,1 à ~ 10 s. Il a également été montré que le mécanisme thermoélectrique d'électrisation des particules d'aérosol volcaniques n'a pas de "seuil" de température, donc la plage d'action de ce mécanisme en termes de température est plus grande que celle de thermionique, et l'intervalle de temps est dû au temps de dilution de l'aérosol et est quasi constant (~ 1,5 s).
Bien que le mécanisme thermoélectrique d'électrification soit parfois inférieur à celui de la thermoémission en termes de taux de génération de charge, il est beaucoup plus large dans la plage d'action, car il fonctionne dans tous les aérosols s'il y a une différence de température des particules en contact DT ~ ~ 10 K et plus. Il a également été montré que d'autres mécanismes d'électrification évoqués dans la littérature (piézoélectricité, effet balloélectrique, frottement des particules et des jets de gaz, etc.) ne peuvent jouer un rôle significatif dans la formation de charges électriques et de foudre au-dessus des volcans, principalement en raison du manque de directivité de ces derniers. processus nécessaires à l'accumulation et à la séparation des charges à l'échelle macroscopique. Rappelons que deux processus sont nécessaires à l'apparition de la foudre: l'électrification des particules à l'échelle microscopique et la séparation des charges à l'échelle du nuage entier. Le second est plus long,par conséquent, la foudre se produit beaucoup plus tard que le début de l'éjection.
Les processus macroscopiques sont considérés dans ce travail de manière plus concise. La complexité des processus de sédimentation et de séparation des aérosols chargés dans des conditions de mélange turbulent de nuages à différentes échelles d'un nuage volcanique ne permet pas un calcul rigoureux, nous nous sommes donc limités à utiliser (si possible) une analogie avec les processus dans les nuages d'orage. En conséquence, les critères ont été formulés, dont le respect est nécessaire pour l'apparition d'éclairs de différentes échelles.