Vulcanologia

Nuove conoscenze sui Fulmini Vulcanici: Riprodotti in Laboratorio

Il Fulmine vulcanico è una delle poche cose che possono rendere una eruzione ancora più spettacolare. Avete senza dubbio visto le recenti foto di questo fenomeno dall'eruzione del Monte Kelud in Indonesia illuminare una enorme colonna di cenere di notte, o da una qualsiasi delle Eruzioni nei pochi anni passati, dal Puyehue-Cordón Caulle in Cile nel 2011, al Sakurijima in Giappone nel 2013, passando per l'Eyjafjallajökull in Islanda nel 2010.

La formazione dei fulmini vulcanici avviene a seguito di cariche elettriche costruite nella colonna carica di un'eruzione. Le Particelle di cenere sono frammenti di roccia vulcanica polverizzata meno di 2 mm (o 1/12 di pollice) di diametro, e anche se possono apparire come fumo da lontano, il fatto che sono composte di roccia significa che possono, con le giuste condizioni, condurre l'elettricità. Una parte significativa del gas che fuoriesce da un vulcano è composto da vapore acqueo. Alcuni ricercatori pensano che i cristalli di ghiaccio dal vapore acqueo che si formano nella colonna a quote più elevate di congelamento, possono anche aumentare la conducibilità elettrica della colonna.

Anche se è uno spettacolo, pur nella sua drammaticità, il fulmine vulcanico pone anche dei pericoli che la maggior parte delle persone potrebbero non associare a un'eruzione. Come un fulmine in un temporale normale, esso può colpire oggetti, persone e animali, e iniziare incendi; se le persone si concentrano sui pericoli più evidenti di una eruzione vulcanica, potrebbero facilmente trascurare i pericoli creati da un fulmine emesso dalla colonna.Ma è molto difficile osservare fulminazioni vulcaniche da vicino, senza ...essere nel percorso di un'eruzione! E il campo di ricerca è relativamente nuovo, ancora non sappiamo molto a proposito del processo esatto da cui esse sono generate.

Ma sembra che qualcuno sia riuscito a ricrearli in laboratorio!! Il Dr. Cimarelli, autore dell'esperimento e dello studio abbinato, e i suoi collaboratori, spiegano che la scoperta di avere riprodotto un fulmine vulcanico in laboratorio è stato un po' "un incidente",un sottoprodotto degli esperimenti stessi. Durante le sperimentazioni, i ricercatori hanno notato che alcune delle apparecchiature di registrazione avevano riportato, in qualche maniera, un malfunzionamento. Quando hanno visionato al rallentatore quello che la fotocamera aveva registrato negli esperimenti, hanno trovato qualcosa di simile.

Nella figura seguente, ci sono i risultati degli esperimenti di decompressione con cenere vulcanica, con grafici di potenziale elettrico, l'uscita delle pressioni e l'angolo della regione di spinta dei gas. L'area ombreggiata nel grafico indica i tempi di occorrenza del lampo, e il DF mostra gli scatti progressivi dell'esperimento (Figura 2 in Cimarelli et al., 2013).

Gli esperimenti di frammentazione sono stati impostati in modo che i campioni di roccia vulcanica potessero essere polverizzati in una "bomba a pressione", e le dimensioni del materiale (cenere) sarebbe stato "autorizzato" per sfuggire alla camera pressurizzata attraverso una serie di diaframmi in un serbatoio di raccolta. I video sopra mostrano gli esperimenti in cui è stata usata solo cenere vulcanica per cercare di ricreare l'effetto, e sono rallentati a una velocità di 50.000 fotogrammi al secondo. Essi mostrano piccoli fulmini che si formano nella "colonna", creati dalla sabbia di cenere raccolta in "zona", proprio come si potrebbe vedere in un vera eruzione!

Come si è visto, ci sono le condizioni ideali per creare illuminazione vulcanica. Cimarelli et al, ha trovato che le scariche elettriche scaturiscono solo con gamme specifiche di dimensione della cenere, in certi punti del processo sperimentale: cenere più fine ha prodotto un maggior numero di scariche concentrate nel guscio turbolento attorno alle particelle più grandi nel nucleo della colonna, così quando la parte turbolenta più ricca di ceneri fine è passata, le scariche si sono fermate. Quando hanno ripetuto gli esperimenti di decompressione con perle di vetro invece che cenere vulcanica, sono stati in grado di suggerire i diversi meccanismi per quanto occorresse spendere per la loro costruzione (delle fulminazioni...).

Nelle colonne con due diverse dimensioni delle perle, le perline più grandi tendevano a diventare carica positiva, mentre quelle più piccole tendevano a cariche negative, fornendo un gradiente per le spese di costruzione, tuttavia, quando le perline erano tutte della stessa dimensione in una colonna turbolenta, gli autori suggeriscono che ci fosse un mix di cause, ma con le occorrenze necessarie che tendevano a raggrupparsi e quindi a formare le condizioni necessarie. La somiglianza fondamentale era che le colonne di cenere dovevano essere Multi Ricche e turbolente, e una volta che le colonne erano principalmente composte di particelle più grandi, le fulminazioni si arrestavano.

Conoscere le condizioni in cui si genera un fulmine vulcanico è un grande passo su come trattarlo in un qualsiasi altro rischio vulcanico associato. Sarà interessante vedere come cambieranno gli studi e cosa questo aggiungerà alla nostra conoscenza...

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