ฟ้าผ่าภูเขาไฟ
ฟ้าผ่าภูเขาไฟเป็นการปล่อยประจุไฟฟ้าที่เกิดจากการปะทุของภูเขาไฟไม่ใช่จากพายุฝนฟ้าคะนอง ทั่วไป ฟ้าผ่าภูเขาไฟเกิดขึ้นจากการชนและการแตกตัวของอนุภาคเถ้าภูเขาไฟ (และบางครั้งก็มีน้ำแข็งด้วย ) [ 1 ] [ 2 ]ซึ่งก่อให้เกิดไฟฟ้าสถิตภายในกลุ่มควันภูเขาไฟ [ 3 ]ทำให้เกิดชื่อ พายุฝน ฟ้าคะนองสกปรก[ 4 ] [ 5 ]กระแสการพาความร้อนชื้น และการก่อตัวของน้ำแข็งยังขับเคลื่อนพลวัตของกลุ่มควัน จาก การปะทุ [ 6 ] [ 7 ]และสามารถกระตุ้นให้เกิดฟ้าผ่าภูเขาไฟได้[ 8 ] [ 9 ]แตกต่างจากพายุฝนฟ้าคะนองทั่วไป ฟ้าผ่าภูเขาไฟสามารถเกิดขึ้นได้แม้ว่าจะไม่มีผลึกน้ำแข็งในกลุ่มเถ้าภูเขาไฟ[ 10 ] [ 11 ]
การสังเกตการณ์ฟ้าผ่าจากภูเขาไฟที่บันทึกไว้ครั้งแรก[ 12 ]มาจากพลินีผู้เยาว์ซึ่งบรรยายถึงการปะทุของภูเขาไฟเวซูเวียสในปี ค.ศ. 79 ว่า "มีความมืดมิดอย่างรุนแรงยิ่งน่าสะพรึงกลัวมากขึ้นด้วยแสงไฟฉายที่ส่องสว่างเป็นระยะๆ ซึ่งถูกบดบังด้วยแสงฟ้าผ่าที่วาบหวิว" [ 13 ]การศึกษาเกี่ยวกับฟ้าผ่าจากภูเขาไฟครั้งแรกยังดำเนินการที่ภูเขาไฟเวซูเวียสโดยลุยจิ ปาลมิเอรี[ 14 ]ซึ่งสังเกตการณ์การปะทุในปี ค.ศ. 1858, 1861, 1868 และ 1872 จากหอดูดาวเวซูเวียสการปะทุเหล่านี้มักมีกิจกรรมฟ้าผ่าเกิดขึ้นด้วย[ 13 ]
มีรายงานกรณีฟ้าผ่าจากภูเขาไฟเหนือภูเขาไฟMount Augustine ในอลาสก้า [ 15 ] EyjafjallajökullและGrimsvötnในไอซ์แลนด์[ 16 ]ภูเขาไฟ Etnaในซิซิลีอิตาลี[ 17 ] ภูเขาไฟ Taalในฟิลิปปินส์[ 18 ]ภูเขาไฟ Ruangในอินโดนีเซีย[ 19 ]และVolcán de Fuegoในกัวเตมาลา[ 20 ]
กลไกการชาร์จ
การชาร์จน้ำแข็ง
เชื่อกันว่าการประจุน้ำแข็งมีบทบาทสำคัญในกลุ่มควันปะทุบางประเภทโดยเฉพาะอย่างยิ่งกลุ่มควันที่พุ่งสูงขึ้นเหนือระดับจุดเยือกแข็งหรือเกี่ยวข้องกับ การปฏิสัมพันธ์ ระหว่างแมกมากับน้ำ[ 21 ]พายุฝนฟ้าคะนองทั่วไปก่อให้เกิดฟ้าผ่าผ่านการประจุน้ำแข็ง[ 22 ]เนื่องจากเมฆน้ำกลายเป็นไฟฟ้าจากการชนกันของผลึกน้ำแข็งและไฮโดรมีเทอร์อื่น ๆ [ 23 ]กลุ่มควันภูเขาไฟยังสามารถนำพาน้ำจำนวนมากได้อีกด้วย[ 24 ]น้ำนี้มาจากแมกมา[ 25 ]ระเหยจากแหล่งโดยรอบ เช่น ทะเลสาบและธารน้ำแข็ง[ 26 ]และถูกดึงมาจากอากาศโดยรอบขณะที่กลุ่มควันลอยขึ้นสู่ชั้นบรรยากาศ[ 6 ]การศึกษาหนึ่งชี้ให้เห็นว่าปริมาณน้ำในกลุ่มควันภูเขาไฟอาจมากกว่าในพายุฝนฟ้าคะนอง[ 27 ]น้ำจะถูกขนส่งในตอนแรกในรูปของไอน้ำ ร้อน ซึ่งจะควบแน่นเป็นของเหลวในคอลัมน์ที่ลอยขึ้น และในที่สุดก็จะแข็งตัวเป็นน้ำแข็งหากกลุ่มควันเย็นตัวลงต่ำกว่าจุดเยือกแข็งมาก[ 28 ]การปะทุบางครั้งยังก่อให้เกิดลูกเห็บภูเขาไฟอีกด้วย[ 7 ] [ 29 ]หลักฐานสนับสนุนสมมติฐานการประจุน้ำแข็ง ได้แก่ การสังเกตว่ากิจกรรมฟ้าผ่าเพิ่มขึ้นอย่างมากเมื่อกลุ่มควันภูเขาไฟสูงขึ้นเหนือระดับจุดเยือกแข็ง[ 30 ] [ 21 ]และหลักฐานที่ว่าผลึกน้ำแข็งที่ส่วนบนของเมฆภูเขาไฟเป็นตัวนำประจุที่มีประสิทธิภาพ[ 9 ]
การชาร์จแบบเสียดทาน
เชื่อกันว่าการประจุไฟฟ้า แบบไตรโบอิเล็กทริก (แรงเสียดทาน) ภายในกลุ่มควันของภูเขาไฟระหว่างการปะทุเป็นกลไกการประจุไฟฟ้าที่สำคัญ ประจุไฟฟ้าจะเกิดขึ้นเมื่อเศษหินเถ้าและอนุภาคน้ำแข็งในกลุ่มควันภูเขาไฟชนกันและก่อให้เกิดประจุไฟฟ้าสถิตคล้ายกับวิธีที่อนุภาคน้ำแข็งชนกันในพายุฝนฟ้าคะนองทั่วไป[ 12 ]กิจกรรมการพาความร้อนที่ทำให้กลุ่มควันลอยขึ้นจะแยกบริเวณที่มีประจุต่างกันออกจากกัน ซึ่งในที่สุดจะทำให้เกิดการแตกตัวทางไฟฟ้า
การปล่อยมลพิษจากแฟรกโต
การปล่อยประจุจากการแตกตัวของหิน (Fractoemission) อาจเป็นแหล่งกำเนิดประจุที่สำคัญใกล้กับปล่องภูเขาไฟที่กำลังปะทุ[ 31 ]
ประจุรังสี
แม้ว่าจะเชื่อกันว่ามีผลกระทบเล็กน้อยต่อการชาร์จโดยรวมของกลุ่มควันภูเขาไฟ แต่ไอโซโทปรังสี ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ ภายในอนุภาคหินที่ถูกพ่นออกมาอาจส่งผลต่อการชาร์จอนุภาคได้[ 32 ]ในการศึกษาที่ดำเนินการกับอนุภาคเถ้าจาก การระเบิดของภูเขาไฟ EyjafjallajökullและGrímsvötnนักวิทยาศาสตร์พบว่าตัวอย่างทั้งสองมีกัมมันตภาพรังสีตามธรรมชาติสูงกว่าระดับพื้นหลัง แต่ไอโซโทปรังสีไม่น่าจะเป็นแหล่งที่มาของการชาร์จด้วยตนเองในกลุ่มควันของ Eyjafjallajökull [ 33 ]อย่างไรก็ตาม มีศักยภาพในการชาร์จที่มากขึ้นใกล้กับปล่องภูเขาไฟซึ่งมีขนาดอนุภาคใหญ่กว่า[ 32 ]การวิจัยยังคงดำเนินต่อไป และการเกิดประจุไฟฟ้าผ่านไอโซโทปรังสี เช่นเรดอนอาจมีความสำคัญในบางกรณีและเป็นกลไกที่ค่อนข้างพบได้ทั่วไปในระดับต่างๆ[ 34 ]
ความสูงของกลุ่มควัน
ความสูงของกลุ่มควันเถ้าดูเหมือนจะเชื่อมโยงกับกลไกที่ก่อให้เกิดฟ้าผ่า ในกลุ่มควันเถ้าที่สูงกว่า (7–12 กม.) ความเข้มข้นของไอน้ำจำนวนมากอาจส่งผลต่อกิจกรรมฟ้าผ่า ในขณะที่กลุ่มควันเถ้าที่เล็กกว่า (1–4 กม.) ดูเหมือนจะได้รับประจุไฟฟ้ามากขึ้นจากการแตกตัวของหินใกล้ปล่องภูเขาไฟ (fractoemission) [ 30 ]อุณหภูมิของบรรยากาศก็มีบทบาทในการก่อตัวของฟ้าผ่าเช่นกัน อุณหภูมิแวดล้อมที่เย็นกว่าจะส่งเสริมการแข็งตัวและการสะสมประจุของน้ำแข็งภายในกลุ่มควัน จึงนำไปสู่กิจกรรมทางไฟฟ้าที่มากขึ้น[ 35 ] [ 33 ]
ทรงกลมภูเขาไฟที่เกิดจากฟ้าผ่า
การศึกษาเชิงทดลองและการตรวจสอบตะกอนภูเขาไฟแสดงให้เห็นว่าฟ้าผ่าภูเขาไฟก่อให้เกิดผลพลอยได้ที่เรียกว่า "ทรงกลมภูเขาไฟที่เกิดจากฟ้าผ่า" (LIVS) [ 36 ] [ 37 ]ทรงกลมแก้วขนาดเล็กเหล่านี้ก่อตัวขึ้นในระหว่างกระบวนการที่มีอุณหภูมิสูง เช่น ฟ้าผ่าจากเมฆลงสู่พื้นดิน ซึ่งคล้ายคลึงกับฟุลกูไรต์ [ 36 ] อุณหภูมิ ของฟ้าผ่าอาจสูงถึง 30,000 °C เมื่อฟ้าผ่ากระทบกับอนุภาคเถ้าภายในกลุ่มควัน อาจเกิดผลอย่างใดอย่างหนึ่งดังต่อไปนี้: (1) ทำให้เถ้าระเหยกลายเป็นไอทั้งหมด[ 38 ]หรือ (2) ทำให้เถ้าละลายแล้วแข็งตัวอย่างรวดเร็วเมื่อเย็นตัวลง ก่อตัวเป็นรูปทรงกลม[ 37 ]การมีอยู่ของทรงกลมภูเขาไฟที่เกิดจากฟ้าผ่าอาจให้หลักฐานทางธรณีวิทยาสำหรับฟ้าผ่าภูเขาไฟเมื่อไม่ได้สังเกตฟ้าผ่าโดยตรง[ 36 ]
ลิงก์ภายนอก
สื่อที่เกี่ยวข้องกับฟ้าผ่าจากภูเขาไฟในวิกิมีเดียคอมมอนส์