Летливият Вулкан Sakurajima Е Мълниеносна Лаборатория

{h1}

Вулканът sakurajima е толкова активен, че децата носят твърди шапки, докато ходят на училище, но сайтът е и лаборатория от световна класа за изучаване на вулканични мълнии, обяснява вулканологът джефри джонсън.

Джефри Джонсън, доцент по географски науки в Boise State University, допринесе тази статия за WordsSideKick.com's Expert Voices: Op-Ed & Insights.

Япония е страна на вулкани, а Сакураджима е една от най-известните. Неговата известност произтича от лошото му поведение през 1914 г., когато мощни експлозии и пирокластични потоци принуждават евакуацията на малкия вулканичен остров. Малко след като експлозиите спряха, започнаха големи изригвания на лава. Количеството лава, което изригна, беше достатъчно, за да обхване залива Кагошима, свързвайки вулкана с континенталната част на Кюшу. През по-голямата част от следващите четиридесет години вулканът беше сравнително тих.

Студент ходи до училище на полуостров Сакурадзима, носещ твърда шапка, както правят много хора, в случай че вулканичен материал се извисява над града.

Студент ходи до училище на полуостров Сакурадзима, носещ твърда шапка, както правят много хора, в случай че вулканичен материал се извисява над града.

Кредит: Corrado Cimarelli

Но Sakurajima експлодира периодично от 1955 г. И макар че вече не е остров, той все още е почти заобиколен от вода, а неговите 7000 жители са изложени на вулканични опасности, включително падане на пепел, лахари и потенциал за лава бомби. Днес учениците пътуват с твърди шапки само в случай, че скалите започнат да валят от небето. Тъй като пепелта често сива пейзажа, всеки носи маски, за да не диша в малките частици от вулканично стъкло. Докато районите на низходящия вятър на острова са по-уязвими от залеза, нито един ъгъл на острова не остава напълно незасегнат, тъй като всяко място е на по-малко от 4 мили от взривяващия се кратер.

Въпреки че експлозиите представляват притеснително неудобство за местното население, феноменът привлича учените от вулкани към региона като молци до пламък: надеждните, чести и мощни експлозии на Sakurajima осигуряват на изследователите несравнима лаборатория за изучаване на изригвания, които са категоризирани като „вулканични“.

Снимки, направени на няколко секунди един от друг, заедно със съответния инфразвуков сигнал от няколкостотин пасажи в амплитуда, направени в вулкана Сакураджима в Япония.

Снимки, направени на няколко секунди един от друг, заедно със съответния инфразвуков сигнал от няколкостотин пасажи в амплитуда, направени в вулкана Сакураджима в Япония.

Кредит: Джефри Джонсън

В един типичен ден може да се очаква да избухнат няколко вулканични взрива от кратера Шова като канонови снимки. Десет секунди по-късно звукова вълна от сътресение - често над 100 паскали в налягането, близки до нивата на звуково налягане на палубата на самолетоносача - достига обсерваторията Куроками на 2 мили. По-голямата част от тази звукова енергия е дозвукова, но ако беше чуваща, щеше да е оглушително: еквивалентът на 140 децибела. Казано по друг начин, той би упражнил сила от около 100 фунта. върху (добре запечатан) прозорец.

Взривовете са придружени от мехурната бърза експлозия на газ и пирокластични материали, които са съставени от пепел, скални бомби и скали с размер на хладилник. Материалите, изригващи се от джантата на кратера на Showa, често надвишават скорост от 400 фута в секунда и в рамките на моменти инерцията пренася пирокластите на близо 1000 фута над отдушника. Възприемчивият зрител може да наблюдава мигащи искри - светкавици - в растящата колона.

Наблюдаването на процесите на светкавици на вулкани в реално време би било като опит за проследяване на светкавичните крушки на камерата на спортно събитие. Ето защо Коррадо Цимарели от катедрата по науки за земята и околната среда в Мюнхенския университет „Лудвиг Максимилиан“ разработва гениални техники за наблюдение на светкавичните събития на изригване на Сакураджима.

Забавяне на изригване

Cimarelli и неговите съавтори наскоро публикуваха изследване в Geophysical Research Letters, озаглавено „Многопараметрично наблюдение на вулканични светкавици: вулкан Sakurajima, Япония“. В това проучване изследователите използват високоскоростни камери и магнитотеллурични данни (описани по-долу), за да възприемат ерупционните процеси, които са невидими и / или твърде бързи, за да могат човешкият наблюдател да проследи. Докато видеокамера с потребителска оценка може да заснема последователности от изображения 30 пъти всяка секунда, високоскоростните камери с висока разделителна способност, които Cimarelli използва, заснемат изображения 100 пъти по-бързо.

Изображение на високоскоростна светкавица на вулкан в вулкан Сакураджима.

Изображение на високоскоростна светкавица на вулкан в вулкан Сакураджима.

Кредит: Corrado Cimarelli

По време на единична скоростна рамка на изображението, изложена в продължение на 30 микросекунди, най-бързите балистични частици пътуват едва повече от инч. Това може да изглежда ненужно бързо за проследяване на пирокластични траектории, но това е основна способност за придобиване на представа за еволюцията на мълнията, която "расте" със скорост между 8 и 80 мили в секунда.

С използването на високоскоростни камери изследователите научиха, че светкавиците се разпространяват в поредица от резки напредъци, известни като стъпаловидни водачи, процес, който се наблюдава и в гръмотевичните глави. Реакцията на стъпаловиден лидер съответства на късото съединение на заредените региони, които са разделени или в облак, или между облака и земята. След като връзката е завършена, токът тече и загрява атмосферата, създавайки видимия импулс, който наблюдателите разпознават като мълния. [Какво причинява зловещата вулканична светкавица?]

Искрите, които се откриват по време на епизоди на вулканични мълнии при Сакурадзима, обикновено са малки и са с размери между 30 и 600 фута - един или два порядъка по-къси от мълнията, която се появява по време на електрически бури.

Високоскоростно изображение на вулканни светкавици при Сакураджима

Високоскоростно изображение на вулканни светкавици при Сакураджима

Кредит: Corrado Cimarelli

Високоскоростната камера картира разпределението на искрите във времето, но тази информация става много по-ценна, когато се допълва от магнитотеллуричен (MT) мониторинг, който също открива искри, възникващи в непрозрачната централна част на изригващата колона.

Наблюденията на МТ изваждат както електрически, така и магнитни полета от много мили и с невероятните 65 000 пъти в секунда. Малки колебания на магнитното поле - около 1 част от 10 000 от околното поле на Земята - са добре регистрирани и разкриха, че светкавицата на вулкана Сакураджима носи до 1000 ампера ток. Използвайки техниката на МТ със своите ценни възможности за разделителна способност, изследователският екип може също да преброява светкавиците, да определя посоката на токовия поток за всяка светкавица и да преценява дали мълнията остава в облака на пепелта (вътрешният слой) или достига до земята (облак до земя ).

Заедно високоскоростните изображения на вулканични светкавици и МТ изследвания предоставят по-пълна картина на вътрешната работа на огнена, турбулентна колона от вулканична пепел и газ.

Лабораторна светкавица

Въпреки че разбирането на учените за гръмотевична светкавица е зряло, те едва започват да изграждат разбиране за светкавиците на вулкани. Въз основа на проучванията за „картографиране“ на вулканската светкавица, проведени в Аляска, вулканните светкавици могат да бъдат групирани в категории, които са описани като „изпускателни отвори“, „близки до отдушници“ или „шумни мълнии“ в зависимост от това къде се намират в изригваща колона,

Вентилационните изхвърляния при Sakurajima включват искри, дълги десетки до стотици метра, които се появяват близо до устието на вулкана. Тук малките частици на пепелта изригват и са за предпочитане заредени - тоест по-големите частици стават малко по-положителни. И след това, тъй като размерите на частиците са сортирани по въздушното съпротивление в облака на пепелта, те стават физически разделени. Когато пепелта експлодира нагоре, частиците с по-малък размер са склонни да се забавят по-бързо. Това е, когато може да се случи разделяне на заряда, или поради фракто зареждане, тъй като пирокластичният материал се разкъсва насилствено по време на изригване; или се дължи на триборене, което е прехвърляне на заряд чрез триене. Този втори механизъм е близък до познатото статично електричество, което се натрупва, когато търкате балон по косата.

Светкавицата е отговорът на процеса на разделяне на заряда. Неравновесието се отстранява, когато атмосферата къси съединения и произвежда искра - мълния. Токът, който се произвежда, индуцира отклонения на магнитното поле, които продължават милисекунда и възникват с интензивност на нанотесла на няколко мили. Събитията се записват дистанционно, използвайки методите на МТ.

Вулканична светкавица, създадена в лабораторен експеримент в Мюнхенския университет „Лудвиг Максимилиан“. Искрата е с дължина няколко инча.

Вулканична светкавица, създадена в лабораторен експеримент в Мюнхенския университет „Лудвиг Максимилиан“. Искрата е с дължина няколко инча.

Кредит: Corrado Cimarelli

Цимарели вярва, че триборенето играе важна роля в процеса на разделяне на заряда, тъй като един от неговите по-ранни експерименти включва производството на светкавици от вулкан в лабораторията. Резултатите са представени в документ за геология от 2014 г., където той и колегите му изхвърлят фина вулканична пепел от дюза под налягане - лабораторен отдушник на вулкан - и генерират искри, подобни на мълнии, дълги няколко сантиметра. Тези искри се образуваха без очевидна магматична фрагментация и без присъствието на лед - или граупел - което е конвенционалното средство за разделяне на заряда за мълнии при типична гръмотевична буря. [Електрифициращи изображения на вулканската светкавица]

Защо ни интересуват искри на вулкани

Богато проучване на вулкани показа, че изригващите колони стават статично заредени поради отделянето на пепел в струя. Това е важно, тъй като близко отдушният вулканична светкавица - включително нейната интензивност, честота и характер - е пряко свързан с това колко фин материал е изригнал. Тези открития са вълнуващи и предполагат, че скоро бихме могли да използваме откриването на мълния като мярка за това колко пепел се изхвърля по време на изригвания.

Други методи за изчисляване на процентите на емисии на пепел не работят много добре. Сателитните и наземните мултиспектрални измервания могат да открият пепелни петна, но не вършете много добра работа, когато става въпрос за количествено определяне на количеството пепел в шлака или за прогнозиране на скоростта, с която се изхвърля пепелта. Облачната покривка и тъмнината пречат както на спътниковите, така и на наземните визуални наблюдения на петна, и извличането на количество пепел е ограничено от нашето разбиране за плътността на шлака на пепелта.

Ако сте актуален експерт - изследовател, бизнес лидер, автор или новатор - и бихте искали да допринесете за редакция, изпратете ни имейл тук.

Ако сте актуален експерт - изследовател, бизнес лидер, автор или новатор - и бихте искали да допринесете за редакция, изпратете ни имейл тук.

Откриването на мълнии, от друга страна, предлага средство за потенциално количествено определяне на изхвърлянето на пепел по време на неблагоприятно време и през нощта. Детекторите могат да бъдат разположени на безопасни разстояния, на десетки мили от отдушника, а облакът не възпрепятства способността на MT сензорите да „виждат“ светкавици.

Подобни открития са критични, тъй като облаците от вулканична пепел са една от основните опасности, причинени от изригвания. Дори разредените количества пепел, които се поглъщат от реактивна турбина, могат да деактивират двигателя, причинявайки катастрофален отказ. Тази потенциална опасност беше представена на вниманието на широката общественост от изригването на вулкана Исландия Eyjafjallajökull за 2010 г., което изхвърля пепел по въздушните коридори на Европа. Изригването е основало повече от 100 000 полета за една седмица, което е засегнало 10 000 000 пътници и е причинило загуби за милиарди долари.

Като се има предвид икономическото въздействие от изригването на пепел, следващото поколение цялостен мониторинг на изригването ще се съсредоточи върху количественото определяне на пепелта и вероятно ще използва светкавичните детектори за пепел като основен инструмент. Sakurajima, лабораторен вулкан в Южна Япония, улеснява разработването на този инструмент.

Следвайте всички въпроси и дебати на експертните гласове - и станете част от дискусията - във Facebook, Twitter и Google+. Изразените мнения са тези на автора и не отразяват непременно възгледите на издателя. Тази версия на статията първоначално е публикувана в WordsSideKick.com.


Видео Добавка: .




Изследване


Защо Дъждът Излъчва Този Свеж, Земен Мирис
Защо Дъждът Излъчва Този Свеж, Земен Мирис

Колко Струват Космическите Совалки На Наса?
Колко Струват Космическите Совалки На Наса?

Наука Новини


Новите Карти На Наводненията На Fema Скоро Ще Остарят (Op-Ed)
Новите Карти На Наводненията На Fema Скоро Ще Остарят (Op-Ed)

Древните Библейски Градини Отново „Цъфтят“
Древните Библейски Градини Отново „Цъфтят“

Джокс Срещу Geeks Играе В Дивото Царство, Твърде
Джокс Срещу Geeks Играе В Дивото Царство, Твърде

Работата С „Дизайнерско Бебе“ Е Критикувана
Работата С „Дизайнерско Бебе“ Е Критикувана

Подобно На Хората, Плъховете Изпитват Съжаление, Проучвания Предлага
Подобно На Хората, Плъховете Изпитват Съжаление, Проучвания Предлага


BG.WordsSideKick.com
Всички Права Запазени!
Възпроизвеждането На Използваните Материали Оставя Само Prostanovkoy Активна Връзка Към Сайта BG.WordsSideKick.com

© 2005–2019 BG.WordsSideKick.com