분화기둥

Eruption column
Hunga Tonga의 초기 분출 기둥과 충격파의 위성 애니메이션2022년 1월 15일 흥가하사파이

분출 기둥 또는 분출 플룸은 폭발 화산 폭발 중 방출되는 가스에 매달린 초열재테프라의 구름이다.화산 물질은 화산의 분출구 위 공기로 수 킬로미터까지 상승할 수 있는 수직 기둥이나 플룸을 형성한다.가장 폭발적인 분출에서는 분출 기둥이 40km(25mi) 이상 상승해 성층권을 관통할 수 있다.화산에 의한 에어로졸의 성층권 주입은 단기 기후변화의 주요 원인이다.

폭발물 폭발에서 흔히 발생하는 것은 분출 기둥이 공기 대류에 의해 하늘로 높이 들어올릴 수 없을 정도로 밀도가 높거나 너무 높아졌을 때, 대신 화산의 경사면 아래로 떨어져 화산의 흐름이나 급류를 형성하는 것이다(후자는 밀도가 낮지만).어떤 경우에는, 이 물질이 떨어질 정도로 밀도가 높지 않으면, 표류물림버스 구름을 만들 수도 있다.

포메이션

1991년 필리핀 피나투보 화산 폭발 기둥

분출 기둥은 폭발성 화산 활동으로 형성되는데, 상승하는 마그마에 고농도 휘발성 물질이 유입되면 미세한 화산재와 더 강한 테프라로 붕괴된다.재와 테프라는 초당 수백미터의 속도로 분출되며, 엄청난 대류로 인해 수킬로미터의 높이까지 빠르게 상승할 수 있다.

분출 기둥은 불연속 폭발에 의해 형성되는 경우 과도할 수 있으며, 연속적인 폭발 또는 밀접하게 간격을 둔 불연속 폭발에 의해 생성되는 경우 지속할 수 있다.

구조

분출 기둥의 고체 및 액체 물질은 물질이 상승함에 따라 변화하는 공정에 의해 들어 올려진다.[1]

  • 기둥 밑부분에서 물질은 주로 증기를 중심으로 급속하게 팽창하는 기체의 압력에 의해 분화구 위로 격렬하게 밀려나간다.가스가 팽창하는 이유는 그 위에 있는 암석의 압력이 표면에 접근할 때 급격히 감소하기 때문이다.이 지역은 가스 추력 지역이라고 불리며 일반적으로 분출구 위 1~2km까지만 도달한다.
  • 대류 추력 영역은 기둥 높이의 대부분을 차지한다.기체 추진 부위는 매우 난기류가 심하고 주변 공기가 그 안에 섞여 가열된다.공기는 팽창하여 밀도가 감소하고 상승한다.상승하는 공기는 분출로 인해 유입된 모든 고체 및 액체 물질을 위로 운반한다.
  • 기둥이 주변 공기의 밀도가 낮아짐에 따라, 그것은 결국 뜨겁고 상승하는 공기가 주변의 차가운 공기와 같은 밀도에 이르는 고도에 도달할 것이다.이 중립 부력 영역에서 분출된 물질은 더 이상 대류를 통해 상승하지 않고 오직 그것이 가지고 있는 어떤 상승 모멘텀을 통해서 상승할 것이다.이것을 우산 지역이라고 하며, 보통 기둥은 옆으로 펼쳐져 있다.폭발성 물질과 주변의 차가운 공기는 우산대 밑부분의 밀도가 같으며, 상단에는 자재를 위로 운반하는 탄력이 최대 높이로 표시된다.이 지역에서는 속도가 매우 낮거나 무시할 수 있기 때문에 성층권 바람에 의해 왜곡되는 경우가 많다.

기둥 높이

알래스카 리두브 화산 상공에서 솟아오르는 분화기둥

기둥이 주변 공기보다 밀도가 높은 고도에 도달하면 상승이 멈춘다.몇 가지 요인은 분출 기둥이 도달할 수 있는 높이를 조절한다.

본질적인 요인으로는 분출하는 분출구의 지름, 마그마의 기체 함량, 분출되는 속도 등이 있다.바람이 기둥의 높이를 제한하는 경우도 있고, 국소 열온도 변화도 한몫하는 등 외인 요인이 중요할 수 있다.대류권의 대기 온도는 보통 약 6-7 K/km 정도 감소하지만, 이 경사로의 작은 변화는 최종 기둥 높이에 큰 영향을 미칠 수 있다.이론적으로, 달성 가능한 최대 기둥 높이는 약 55 km(34 mi)로 생각된다.실제로 약 2–45 km(1.2–28.0 mi) 범위의 기둥 높이가 보인다.

높이가 20~40km(12~25mi) 이상인 분출 기둥은 대류권을 뚫고 성층권미립자를 주입한다.대류권의 재와 에어로졸은 강수량에 의해 빠르게 제거되지만 성층권에 주입되는 물질은 기상 시스템이 없는 상태에서 훨씬 더 천천히 분산된다.성층권 주입의 상당량은 전지구적 영향을 미칠 수 있다: 1991년 피나투보 산이 폭발한 후 지구 기온이 0.5°C(0.90°F) 정도 떨어졌다.가장 큰 폭발은 기온이 몇 도까지 떨어지게 하는 것으로 생각되며, 잠재적으로 알려진 대량 멸종의 원인이 될 수 있다.

분출 기둥 높이는 특정 대기 온도의 경우 기둥 높이가 대량 분출 속도의 네 번째 뿌리에 비례하기 때문에 분출 강도를 측정하는 데 유용한 방법이다.따라서 유사한 조건에서 기둥 높이를 두 배로 높이려면 초당 16배 많은 물질을 분출해야 한다.관측되지 않은 분출의 기둥 높이는 서로 다른 크기의 화쇄가 환기구에서 운반되는 최대 거리를 매핑하여 추정할 수 있다. 즉, 열이 높을수록 특정 질량의 추가 배출 물질(따라서 크기)을 운반할 수 있다.

분출 기둥의 대략적인 최대 높이는 방정식에 의해 제시된다.

H = k(ΔT)1/4

위치:[clarification needed]

k는 대기 조건 등 다양한 특성에 따라 달라지는 상수다.
M은 대량 분출 속도다.
ΔT는 분출하는 마그마와 주변 대기 사이의 온도 차이다.

위험

기둥붕괴

1980년 세인트 화산 폭발로 생성된 분출 기둥. 워싱턴 톨레도 마을에서 본 헬리콥터.

분출 기둥은 밀도가 높은 물질로 인해 너무 무거워 대류로 지탱할 수 없다.예를 들어, 마그마가 분출되는 속도가 그것을 지지하기 위해 공기가 충분히 유입되지 않는 지점까지 증가하거나, 층화된 마그마 챔버의 하위 지역에서 나오는 밀도가 두드려지면서 마그마 밀도가 갑자기 증가하면, 이것은 갑자기 발생할 수 있다.

만약 그렇게 된다면, 대류 추력 영역의 바닥에 도달하는 물질은 더 이상 대류에 의해 적절히 지지될 수 없으며 중력에 떨어져 화산의 비탈을 100–200 km/h(62–124mph) 이상의 속도로 이동할 수 있는 화산의 비탈을 형성할 것이다.기둥 붕괴는 기둥을 생성하는 분출에서 가장 흔하고 위험한 화산 위험 중 하나이다.

항공기

몇몇 폭발은 폭발 기둥에 부딪히거나 지나간 심각하게 멸종위기에 처한 항공기를 가지고 있다.1982년 두 번의 개별적인 사건에서, 갈릉궁 산에서 폭발한 분출 기둥의 상류에 여객기가 날아들었고, 화산재는 두 항공기를 심하게 손상시켰다.특별한 위험은 엔진을 정지시키는 회분 섭취, 이를 대부분 불투명하게 만드는 조종석 창의 모래 블라스팅 및 가압 도관을 통한 회분 섭취를 통한 연료 오염이었다.가스터빈 내부의 온도가 연소실에서 화산재가 용해될 정도로 높으며, 예를 들어 터빈 날개와 같이 그 하류에서 더 멀리 떨어진 구성품에 유리 코팅을 형성하기 때문에 엔진의 손상은 특별한 문제다.

브리티시 에어웨이즈 9편의 경우 엔진 4개 모두 동력을 잃었고, 나머지 19일 뒤에는 싱가포르항공 747편에서 엔진 4개 중 3개가 고장 났다.두 경우 모두 엔진 재시동에는 성공했지만 항공기는 어쩔 수 없이 자카르타에 비상 착륙했다.

1989년 알래스카리두브 화산 상공에서 분화기둥으로 인해 항공기와 유사한 피해가 발생했다.1991년 피나투보 화산 폭발 이후 폭발 기둥을 피하기 위해 항공기를 우회시켰지만, 그럼에도 불구하고 동남아시아의 넓은 지역에 흩어지는 미세한 화산재가 화산으로부터 1000km(620mi) 떨어진 16대의 항공기에 피해를 입혔다.

분출 기둥은 일반적으로 기상 레이더에는 보이지 않으며 일반적인 구름이나 밤에 가려질 수 있다.[2]폭발기둥에 의한 항공의 위험 때문에, 인공위성, 지상 보고서, 조종사 보고서, 기상 모델 등의 데이터를 이용하여 폭발기둥을 지속적으로 감시하는 세계 9개 화산재 자문센터 네트워크가 있다.[3]

참고 항목

참조

  1. ^ "How volcanoes work – The eruption model (QuickTime movie)". San Diego State University. Archived from the original on 2007-07-01. Retrieved 2007-06-30.
  2. ^ Mitchell Roth; Rick Guritz (July 1995). "Visualization of Volcanic ash clouds". IEEE Computer Graphics and Applications. 15 (4): 34–39. doi:10.1109/38.391488.
  3. ^ "Keeping aircraft clear of volcanic ash - Darwin Volcanic Ash Advisory Center". Australian Government - Bureau of Meteorology. Retrieved 2007-06-30.

추가 읽기

외부 링크