Volatile Sakurajima Volcano Is Een Bliksemlaboratorium

{h1}

De vulkaan sakurajima is zo actief dat kinderen tijdens het lopen naar school een helm dragen, maar de site is ook een laboratorium van wereldklasse voor het bestuderen van vulkanische bliksem, legt vulcanoloog jeffrey johnson uit.

Jeffrey Johnson, universitair hoofddocent geowetenschappen aan Boise State University, heeft dit artikel bijgedragen aan de Expert Voices van WordsSideKick.com: Op-Ed & Insights.

Japan is een land van vulkanen en Sakurajima is een van de meest beruchte. De bekendheid komt voort uit het slechte gedrag in 1914, toen krachtige explosies en pyroclastische stromingen de evacuatie van het kleine vulkanische eiland afdwongen. Kort nadat de explosies waren gestopt, begonnen er uitgebreide lava-uitbarstingen. De hoeveelheid lava die uitbarstte was voldoende om de baai van Kagoshima te overbruggen en de vulkaan met het vasteland van Kyushu te verbinden. Gedurende de volgende veertig jaar was de vulkaan relatief stil.

Een student loopt naar school op het schiereiland Sakurajima met een helm, zoals velen doen, voor het geval vulkanisch materiaal boven de stad uitsteekt.

Een student loopt naar school op het schiereiland Sakurajima met een helm, zoals velen doen, voor het geval vulkanisch materiaal boven de stad uitsteekt.

Krediet: Corrado Cimarelli

Maar Sakurajima explodeert al sinds 1955. En hoewel het niet langer een eiland is, is het nog steeds bijna omringd door water, en zijn 7.000 inwoners blootgesteld aan vulkanische gevaren waaronder asregen, lahars en het potentieel voor lava-bommen. Tegenwoordig verplaatsen schoolkinderen het dragen van veiligheidshelmen, voor het geval dat de rotsen uit de lucht beginnen te regenen. Omdat asfall vaak in het landschap grijpt, draagt ​​iedereen maskers om de kleine deeltjes vulkanisch glas niet in te ademen. Terwijl de benedenwindgebieden op het eiland kwetsbaarder zijn voor de as, blijft geen enkele hoek van het eiland volledig intact, aangezien elke locatie zich op minder dan 4 mijl van de exploderende krater bevindt.

Hoewel explosies een zorgelijk ongemak voor de lokale bevolking vormen, trekt het fenomeen vulkaanwetenschappers naar de regio als motten tot een vlam: Sakurajima's betrouwbare, frequente en krachtige explosies voorzien onderzoekers van een ongeëvenaard laboratorium voor het bestuderen van uitbarstingen die worden gecategoriseerd als in wezen "vulkanisch".

Foto's die enkele seconden uit elkaar worden genomen, samen met het bijbehorende infrageluidsignaal van enkele honderden pascals in amplitude, genomen bij de Sakurajima-vulkaan in Japan.

Foto's die enkele seconden uit elkaar worden genomen, samen met het bijbehorende infrageluidsignaal van enkele honderden pascals in amplitude, genomen bij de Sakurajima-vulkaan in Japan.

Krediet: Jeffrey Johnson

Op een typische dag kunnen er enkele vulkanische ontploffingen worden verwacht die uit de Showa-krater als canonschoten uitbarsten. Tien seconden later bereikt een hersenschudding geluidsgolf - vaak meer dan 100 pascals in druk, vergelijkbaar met de geluidsdrukniveaus op een vliegdekschip - het Kurokami Observatorium op 3,2 km afstand. Het grootste deel van deze geluidsenergie is subsonisch, maar als het hoorbaar was, zou het oorverdovend zijn: het equivalent van 140 decibel. Om het anders te zeggen, zou het een kracht van ongeveer 100 lbs uitoefenen. op een (goed afgesloten) venster.

De explosies gaan gepaard met de blisteringly snelle explosie van gas en pyroclastische materialen, die zijn samengesteld uit as, rots bommen en koelkast-grootte rotsen. De materialen die uit de Showa-kraterrand losbarsten, overschrijden vaak een snelheid van 400 voet per seconde, en binnen enkele ogenblikken draagt ​​de inertie de pyroclast bijna 1.000 voet boven de ventilatieopening. Een scherpzinnige kijker kan knipperende vonken - bliksem - waarnemen in de groeiende kolom.

Het in realtime observeren van bliksemvervulingen van de vulkaan zou hetzelfde zijn als proberen cameraflitsbollen te traceren bij een sportevenement. Dit is de reden waarom Corrado Cimarelli van het Departement Aard- en Omgevingswetenschappen van de Ludwig Maximilian Universiteit in München ingenieuze technieken heeft ontwikkeld om Sakurajima's bliksemevenementen voor uitbarstingen waar te nemen.

Een uitbarsting vertragen

Cimarelli en zijn co-auteurs publiceerden onlangs een studie in Geophysical Research Letters met de titel "Multiparametrische observatie van vulkanische bliksem: de Sakurajima-vulkaan, Japan." In deze studie gebruiken de onderzoekers hogesnelheidscamera's en magnetotellurische gegevens (hieronder beschreven) om de uitbarstende processen waar te nemen die onzichtbaar en / of te snel zijn voor een menselijke waarnemer om te volgen. Hoewel een videocamera van consumentenklasse 30 keer per seconde beeldsequenties kan vastleggen, maken de hogesnelheidsscamera's met hoge resolutie Cimarelli 100 keer sneller vastleggingsfoto's.

Een high-speed beeld van de bliksem van de vulkaan op de vulkaan Sakurajima.

Een high-speed beeld van de bliksem van de vulkaan op de vulkaan Sakurajima.

Krediet: Corrado Cimarelli

Tijdens een enkel hogesnelheidsbeeldframe dat 30 seconden lang wordt belicht, reizen de snelste ballistische deeltjes nauwelijks meer dan een inch. Dit lijkt misschien onnodig snel voor het volgen van pyroclastische trajecten, maar het is een essentieel vermogen om inzicht te krijgen in de evolutie van bliksem, die "groeit" met snelheden van tussen de 8 en 80 mijl per seconde.

Met het gebruik van hogesnelheidscamera's hebben onderzoekers geleerd dat bliksemvonken zich voortplanten in een reeks schokkerige ontwikkelingen, die bekend staan ​​als 'stepped leaders', een proces dat ook wordt gezien in donderkoppen. De reactie met de stap van de leider komt overeen met de kortsluiting van geladen gebieden die zijn gescheiden in een wolk, of tussen de wolk en de grond. Zodra de verbinding is voltooid, stroomt er stroom en wordt de atmosfeer verwarmd, waardoor de zichtbare puls wordt gecreëerd die waarnemers herkennen als bliksem. [Wat veroorzaakt angstaanjagende vulkanische bliksem?]

De vonken die worden waargenomen tijdens vulkanische bliksemafleveringen in Sakurajima zijn over het algemeen klein en meten tussen 30 en 600 voet - een of twee ordes van grootte korter dan de bliksem die optreedt tijdens elektrische stormen.

Hoge snelheidsbeeld van vulkaanbliksem in Sakurajima

Hoge snelheidsbeeld van vulkaanbliksem in Sakurajima

Krediet: Corrado Cimarelli

De hogesnelheidscamera brengt de verdeling van vonken in de tijd in kaart, maar deze informatie wordt veel waardevoller wanneer deze wordt aangevuld met magnetotellurische (MT) bewaking, die ook vonken detecteert die optreden in het ondoorzichtige, middengedeelte van de uitbarstingskolom.

Met MT-waarnemingen worden zowel elektrische als magnetische veldvariaties van vele kilometers weg en met een ongelooflijke 65.000 keer per seconde bemonsterd. Tiny fluctuaties in het magnetisch veld - ongeveer 1 deel op 10.000 van het omgevingsveld van de aarde - zijn goed vastgelegd en hebben onthuld dat Sakurajima-bliksemschichten tot 1000 ampère stroom kunnen vervoeren. Door gebruik te maken van de MT-techniek met zijn waardevolle tijdresolutiemogelijkheden, kan het onderzoeksteam ook flitsen tellen, de richting van de stroom voor elke flits bepalen en beoordelen of de bliksem in de aswolk (intracloud) blijft of de grond bereikt (wolk naar aarde) ).

Samen bieden hogesnelheidsbeelden van vulkanische bliksem en MT-onderzoeken een vollediger beeld van de interne werking van een vurige, turbulente kolom van vulkanische as en gas.

Laboratorium bliksem

Hoewel het inzicht van wetenschappers in onweer bliksem volwassen is, beginnen ze pas een goed begrip op te bouwen van de bliksem van de vulkaan. Gebaseerd op in Alaska uitgevoerde blikstudies voor het onderzoeken van de vulkaanuitbarsting kan de bliksem van de vulkaan in grote lijnen worden gegroepeerd in categorieën die worden beschreven als "ontluchtingsontladingen", "nabije bliksem" of "plume lightning", afhankelijk van waar ze zich bevinden binnen een uitbarstingskolom.

De ontluchtingsontladingen bij Sakurajima omvatten vonken van tientallen tot honderden meters lang die zich voordoen in de buurt van de monding van de vulkaan. Hier barsten kleine asdeeltjes los en worden bij voorkeur geladen - dat wil zeggen dat de grotere deeltjes iets positiever worden. En dan, als deeltjesgroottes worden gesorteerd op luchtweerstand in de aswolk, worden ze fysiek gescheiden. Wanneer de as naar boven explodeert, neigen de kleinere deeltjes sneller te vertragen. Dit is wanneer ladingsscheiding kan optreden, hetzij door fractokraak, als het pyroclastische materiaal met geweld uit elkaar wordt gescheurd tijdens uitbarsting; of als gevolg van tribocharing, wat ladingoverdracht door wrijven is. Dit tweede mechanisme is verwant aan de bekende statische elektriciteit die zich opbouwt wanneer je een ballon op je haar wrijft.

Bliksem is het antwoord op het ladingsscheidingsproces. Disequilibrium wordt verholpen wanneer de atmosfeer kortsluiting veroorzaakt en een vonk produceert - de bliksemflits. De geproduceerde stroom induceert magnetische veldafwijkingen die een milliseconde duren en optreden met nanotesla-intensiteit enkele mijlen ver weg. De gebeurtenissen worden op afstand vastgelegd met behulp van MT-methoden.

Volcano lightning gemaakt in laboratoriumexperiment aan de Ludwig Maximilian Universiteit in München. De vonk is enkele centimeters lang.

Volcano lightning gemaakt in laboratoriumexperiment aan de Ludwig Maximilian Universiteit in München. De vonk is enkele centimeters lang.

Krediet: Corrado Cimarelli

Cimarelli is van mening dat tribocharing een belangrijke rol speelt in het proces van ladingsscheiding, omdat een van zijn eerdere experimenten de productie van de bliksem van de vulkaan in het laboratorium betrof. De resultaten waren te zien in een 2014 Geology paper, waarin hij en zijn collega's fijne vulkanische as uit een spuitmond met drukpers - een laboratoriumvulkanaal - gooiden en bliksemachtige vonken van een paar centimeter lang voortbrachten. Deze vonken werden gevormd zonder duidelijke magmafragmentatie en zonder de aanwezigheid van ijs - of graupel - wat het conventionele ladingscheidingsvoertuig voor bliksem is in een typische onweersbui. [Electrifying Images of Volcano Lightning]

Waarom we geven om vulkaanvonken

Een schat aan vulkaanonderzoek heeft aangetoond dat uitbarstingskolommen statisch worden geladen door asscheiding in een pluim. Dit is belangrijk, omdat vulkanische bliksem in de buurt - met inbegrip van de intensiteit, frequentie en het karakter ervan - rechtstreeks gerelateerd is aan het uitbarsten van mooi materiaal. Deze ontdekkingen zijn spannend en suggereren dat we binnenkort bliksemdetectie kunnen gebruiken als een maat voor hoeveel as er wordt uitgeworpen tijdens uitbarstingen.

Andere methoden om de asemissies te berekenen, werken niet erg goed. Satelliet- en grondgebonden multispectrale metingen kunnen aspluimen detecteren, maar doen het niet erg goed als het gaat om het kwantificeren van de hoeveelheid as in de pluim of om de snelheid te voorspellen waarmee de as wordt uitgeworpen. Wolkendekking en duisternis belemmeren zowel satelliet- als grondgebaseerde visuele waarnemingen van pluimen, en het bepalen van de ashoeveelheid wordt beperkt door ons begrip van de dichtheid van de aspluimen.

Als u een actueel expert bent - onderzoeker, zakelijk leider, auteur of innovator - en een nieuw stuk wilt bijdragen, e-mail ons hier.

Als u een actueel expert bent - onderzoeker, zakelijk leider, auteur of innovator - en een nieuw stuk wilt bijdragen, e-mail ons hier.

Bliksemdetectie biedt echter een mogelijkheid om asafvoeren tijdens slecht weer en 's nachts mogelijk te kwantificeren. Detectoren kunnen zich op veilige afstanden bevinden, tientallen kilometers van de luchtopening en de wolk belemmert niet het vermogen van MT-sensoren om bliksem te "zien".

Dergelijke detecties zijn van cruciaal belang, omdat vulkanische aswolken een van de belangrijkste gevaren zijn die door uitbarstingen worden veroorzaakt. Zelfs verdunde hoeveelheden as die worden ingeslikt door een straalturbine kunnen de motor uitschakelen, waardoor deze catastrofaal uitvalt. Dit potentiële gevaar werd onder de aandacht van het grote publiek gebracht door de Eyjafjallajökull vulkaanuitbarsting in 2010, die as verspreidde over de luchtgangen van Europa. De uitbarsting leidde in de loop van een week tot meer dan 100.000 vluchten, waardoor 10.000.000 reizigers werden getroffen en er miljarden dollars verloren gingen.

Gezien de economische impact van asy-uitbarstingen, zal de volgende generatie van uitgebreide uitbarstingsmonitoring zich richten op as-kwantificatie en zullen waarschijnlijk bliksemasdetectoren gebruiken als een primair instrument.Sakurajima, een laboratoriumvulkaan in Zuid-Japan, faciliteert de ontwikkeling van deze tool.

Volg alle Expert Voices-problemen en debatten - en deel uitmaken van de discussie - op Facebook, Twitter en Google+. De weergegeven meningen zijn die van de auteur en komen niet noodzakelijk overeen met de mening van de uitgever. Deze versie van het artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op WordsSideKick.com.


Video Supplement: .




Onderzoek


De Meeste Soorten Op Aarde Kunnen Worden Opgenomen, Vindt Onderzoek
De Meeste Soorten Op Aarde Kunnen Worden Opgenomen, Vindt Onderzoek

1E Meteorieten Vanaf 1908 Tunguska Explosie Mogelijk Gevonden
1E Meteorieten Vanaf 1908 Tunguska Explosie Mogelijk Gevonden

Science Nieuws


Bloemen Kunnen Worden Uitgestorven Voordat Ze Zelfs Worden Ontdekt
Bloemen Kunnen Worden Uitgestorven Voordat Ze Zelfs Worden Ontdekt

Brain Damaged 'Patient R' Daagt Theorieën Van Zelfbewustzijn Uit
Brain Damaged 'Patient R' Daagt Theorieën Van Zelfbewustzijn Uit

Tens Of Cat Mummies En 100 Cat Statues Gevonden In De Buurt Van Ancient Egyptian Pyramid
Tens Of Cat Mummies En 100 Cat Statues Gevonden In De Buurt Van Ancient Egyptian Pyramid

Hersenkrimp Bij Anorexia Is Reversibel
Hersenkrimp Bij Anorexia Is Reversibel

Spanking Brengt Stellen Dichterbij
Spanking Brengt Stellen Dichterbij


WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com