화산번개

Volcanic lightning
화산번개
Taal Lightning Strike During Eruption (cropped).jpg
2020년 1월 타알화산 화산 폭발 당시 화산 번개
효과번개
다음에 대한 시리즈 일부
날씨
Global tropical cyclone tracks-edit2.jpg
온대 및 극지 계절
열대 계절
스톰스
강수량
주제
용어집
Cumulus clouds in fair weather.jpeg 기상포털

화산 번개는 일반적인 뇌우보다는 화산 폭발로 인한 전기적 방전이다. 화산 번개는 화산재(그리고 때로는 얼음)의 입자와 충돌하여 화산재(그리고 때로는 얼음)의 조각으로 인해 발생하는데,[1][2][3] 이것은 화산 연석 안에서 정전기를 발생시켜 더러운 뇌우라는 이름을 갖게 된다.[4][5] 습한 대류와 얼음 형성은 또한 화산 폭발 플룸 역학을[6][7] 촉진하고 화산 번개를 유발할 수 있다.[8][9] 그러나 보통의 뇌우와는 달리 화산재 구름에 얼음 결정이 생기기 전에 화산재 번개도 일어날 수 있다.[10][11]

가장 일찍 기록된 화산 번개[12] 관측은 서기 79년 베수비오 산의 분화를 설명하면서 젊은 플리니로부터 "번개의 일시적인 불꽃에 가려진 틈틈이 횃불의 번개 빛으로 인해 더욱 섬뜩해지는 가장 강렬한 어둠이 있었다"[13]고 말했다. 화산 번개에 대한 최초의 연구도 베수비오 산에서 1858년, 1861년, 1868년, 1872년 베수비오 천문대에서 분출된 것을 관찰한 팔미에리 교수에 의해 수행되었다. 이러한 분출은 종종 번개 활동을 포함했다.[13]

알래스카의 아우구스티누스 [14]화산, 아이슬란드의 에이야프얄라예쿨 [15]화산, 이탈리아 시칠리아의 에트나 [16]화산, 필리핀의 타알 화산 위에서도 사례가 보고되고 있다.[17][18]

충전 메커니즘

얼음 충전

1994년 린자니 화산 폭발

얼음 충전은 특정 유형의 분출 연기에 중요한 역할을 하는 것으로 생각되며, 특히 동결 수위 이상으로 상승하거나 마그마와 물의 상호작용을 수반하는 연무에 중요한 역할을 한다.[19] 보통의 뇌우들은 얼음 결정체와 다른 하이드로미터들과 충돌하면서 물구름들이 전기화되면서 얼음 충전을[20] 통해 번개를 만들어낸다.[21] 화산연기는 풍부한 물을 운반할 수도 있다.[22] 이 물은 마그마로부터 공급되고,[23] 호수나 빙하와 같은 주변 근원에서 기화되며,[24] 플룸이 대기를 통해 상승할 때 주변 공기로부터 유입된다.[6] 한 연구는 화산성 플룸의 수분 함량이 뇌우보다 더 클 수 있다고 제안했다.[25] 물은 처음에는 뜨거운 증기로 운반되는데, 이것은 상승기둥의 액체로 응축되고, 만약 플룸이 얼지 않고 훨씬 낮게 식으면 결국 얼어서 얼게 된다.[26] 어떤 분출은 심지어 화산성 우박을 생성하기도 한다.[7][27] 얼음 충전 가설에 대한 지지에는 일단 화산 플룸이 빙점 이상으로 올라가면 번개 활동이 크게 증가한다는 관측과 [28][19]화산 구름의 안빌 꼭대기에 있는 얼음 결정이 효과적인 충전 캐리어라는 증거가 포함된다.[9]

마찰 충전

화산 폭발 중 화산의 연무 내에서 전기(마찰) 충전은 주요 전기 충전 메커니즘으로 여겨진다. 전하가 발생하는 것은 화산 연무의 암석 파편, 재, 얼음 입자가 충돌하여 정전기 전하를 생성했을 때, 일반적인 뇌우에서 얼음 입자가 충돌하는 방식과 유사하다.[12] 플룸을 상승시킨 다음 서로 다른 충전 영역을 분리하여 궁극적으로 전기적 고장을 일으키는 대류 활동.

프랙토임션

프랙토이탈은 암석 입자의 분해를 통해 전하를 발생시키는 것이다. 분출하는 배기구 근처에 있는 중요한 충전원이 될 수 있다.[29]

방사성 충전

비록 그것이 화산 플럼의 전반적인 충전에 작은 영향을 준다고 생각되지만, 분출된 암석 입자 내에서 자연적으로 발생하는 방사성 동위원소는 그럼에도 불구하고 입자 충전에 영향을 미칠 수 있다.[30] 과학자들은 Eyjafjallajökull과 Grimsvötn 폭발에서 나온 화산재 입자에 대해 수행한 연구에서 두 표본 모두 배경 수준 이상의 자연 방사능을 가지고 있지만 방사성 동위원소가 Eyjafjalajökull 플룸에서 자가충전의 가능성이 낮다는 것을 발견했다.[31] 그러나 입자 크기가 더 큰 환기구 근처에는 더 큰 충전의 가능성이 있었다.[30] 연구는 계속되고 있으며, 라돈과 같은 방사성 동위원소를 통한 전기화는 어떤 경우에는 중요하고 다양한 규모에서 다소 일반적인 메커니즘일 수 있다.[32]

플룸 높이

화산재 플룸의 높이는 번개를 생성하는 메커니즘과 관련이 있는 것으로 보인다. 더 높은 화산재 플럼(7-12km)[28]에서는 큰 농도의 수증기가 번개 활성을 일으킬 수 있는 반면, 작은 화산재 플럼(1~4km)은 화산 분출구 근처의 암석 조각으로 인해 더 많은 전하를 얻는 것으로 보인다. 대기온도는 번개가 형성되는 데도 역할을 한다. 주변 온도가 더 낮아지면 플룸 내부의 결빙과 얼음 충전이 촉진되어 전기 활동이 더 활발해진다.[33][31]

낙뢰로 인한 화산 분출구

화산 퇴적물에 대한 실험 연구와 조사는 화산 조명이 "빛 유도 화산 분출물"(LIVS)로 알려진 부산물을 생성한다는 것을 보여주었다.[34][35] 이 작은 유리 조각들은 풀구르이트와 유사한 구름 대 지상의 번개와 같은 고온 과정 동안에 형성된다.[34] 번갯불의 온도는 30,000 °C에 이를 수 있다. 이 볼트가 플룸 내의 재 입자와 접촉하면, (1) 재 입자를 완전히 기화시키거나,[36] (2) 재 입자를 녹이게 한 다음, 식으면서 빠르게 굳어져서 궤도 형태를 형성할 수 있다.[35] 번개에 의한 화산 분출의 존재는 번개 자체가 직접 관찰되지 않았을 때 화산 번개에 대한 지질학적 증거를 제공할 수 있다.[34]

참조

  1. ^ Fritz, Angela (2016). "Scientists think they've solved the mystery of how volcanic lightning forms". The Washington Post.
  2. ^ Mulvaney, Kieran (2016). "Mystery of Volcano Lightning Explained". Seeker.
  3. ^ Lipuma, Lauren (2016). "New studies uncover mysterious processes that generate volcanic lightning". American Geophysical Union GeoSpace Blog.
  4. ^ Hoblitt, Richard P. (2000). "Was the 18 May 1980 lateral blast at Mt St Helens the product of two explosions?". Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 358 (1770): 1639–1661. Bibcode:2000RSPTA.358.1639H. doi:10.1098/rsta.2000.0608.
  5. ^ Bennett, A J; Odams, P; Edwards, D; Arason, Þ (2010-10-01). "Monitoring of lightning from the April–May 2010 Eyjafjallajökull volcanic eruption using a very low frequency lightning location network". Environmental Research Letters. 5 (4): 044013. Bibcode:2010ERL.....5d4013B. doi:10.1088/1748-9326/5/4/044013. ISSN 1748-9326.
  6. ^ a b Woods, Andrew W. (1993). "Moist convection and the injection of volcanic ash into the atmosphere". Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 98 (B10): 17627–17636. Bibcode:1993JGR....9817627W. doi:10.1029/93JB00718.
  7. ^ a b Van Eaton, Alexa R.; Mastin, Larry G.; Herzog, Michael; Schwaiger, Hans F.; Schneider, David J.; Wallace, Kristi L.; Clarke, Amanda B. (2015-08-03). "Hail formation triggers rapid ash aggregation in volcanic plumes". Nature Communications. 6 (1): 7860. Bibcode:2015NatCo...6E7860V. doi:10.1038/ncomms8860. ISSN 2041-1723. PMC 4532834. PMID 26235052.
  8. ^ Williams, Earl R.; McNutt, Stephen R. (2005). "Total water contents in volcanic eruption clouds and implications for electrification and lightning" (PDF). Proceedings of the 2nd International Conference on Volcanic Ash and Aviation Safety: 67–71.
  9. ^ a b Van Eaton, Alexa R.; Amigo, Álvaro; Bertin, Daniel; Mastin, Larry G.; Giacosa, Raúl E.; González, Jerónimo; Valderrama, Oscar; Fontijn, Karen; Behnke, Sonja A. (2016-04-12). "Volcanic lightning and plume behavior reveal evolving hazards during the April 2015 eruption of Calbuco volcano, Chile". Geophysical Research Letters. 43 (7): 3563–3571. Bibcode:2016GeoRL..43.3563V. doi:10.1002/2016gl068076. ISSN 0094-8276.
  10. ^ Cimarelli, C.; Alatorre-Ibargüengoitia, M.A.; Kueppers, U.; Scheu, B.; Dingwell, D.B. (2014). "Experimental generation of volcanic lightning". Geology. 42 (1): 79–82. Bibcode:2014Geo....42...79C. doi:10.1130/g34802.1. ISSN 1943-2682.
  11. ^ Cimarelli, C.; Alatorre-Ibargüengoitia, M. A.; Aizawa, K.; Yokoo, A.; Díaz-Marina, A.; Iguchi, M.; Dingwell, D. B. (2016-05-06). "Multiparametric observation of volcanic lightning: Sakurajima Volcano, Japan". Geophysical Research Letters. 43 (9): 4221–4228. Bibcode:2016GeoRL..43.4221C. doi:10.1002/2015gl067445. ISSN 0094-8276.
  12. ^ a b Mather, T. A.; Harrison, R. G. (July 2006). "Electrification of volcanic plumes". Surveys in Geophysics. 27 (4): 387–432. Bibcode:2006SGeo...27..387M. doi:10.1007/s10712-006-9007-2. ISSN 0169-3298.
  13. ^ a b "History of Volcanic Lightning Volcano World Oregon State University". volcano.oregonstate.edu. Retrieved 2018-05-09.
  14. ^ Handwerk, Brian (February 22, 2007). "Volcanic Lightning Sparked by "Dirty Thunderstorms"". National Geographic. Retrieved 2009-01-09.
  15. ^ "Iceland Volcano Pictures: Lightning Adds Flash to Ash". National Geographic. April 19, 2010. Retrieved 2010-04-20.
  16. ^ editor, Ian Sample Science. "Sky lights up over Sicily as Mount Etna's Voragine crater erupts". the Guardian. Retrieved 2015-12-03.CS1 maint: 추가 텍스트: 작성자 목록(링크)
  17. ^ DI SANTOLO, ALESSANDRA SCOTTO. "Philippines volcano eruption: Terrifying video of Taal volcano producing lightning strikes". Retrieved 12 January 2020.
  18. ^ Borbon, Christian. "Philippines: Volcano near Manila spews giant ash column". Gulf News. Retrieved 12 January 2020.
  19. ^ a b Arason, Pordur; Bennett, Alec J.; Burgin, Laura E. (2011). "Charge mechanism of volcanic lightning revealed during the 2010 eruption of Eyjafjallajökull". Journal of Geophysical Research. 116 (B12): B00C03. Bibcode:2011JGRB..116.0C03A. doi:10.1029/2011jb008651. ISSN 0148-0227.
  20. ^ Saunders, C.P.R. (1993). "A Review of Thunderstorm Electrification Processes". Journal of Applied Meteorology. 32 (4): 642–65. Bibcode:1993JApMe..32..642S. doi:10.1175/1520-0450(1993)032<0642:AROTEP>2.0.CO;2.
  21. ^ Deierling, Wiebke; Petersen, Walter A.; Latham, John; Ellis, Scott; Christian, Hugh J. (2008-08-15). "The relationship between lightning activity and ice fluxes in thunderstorms". Journal of Geophysical Research. 113 (D15): D15210. Bibcode:2008JGRD..11315210D. doi:10.1029/2007jd009700. ISSN 0148-0227.
  22. ^ Glaze, Lori S.; Baloga, Stephen M.; Wilson, Lionel (1997-03-01). "Transport of atmospheric water vapor by volcanic eruption columns". Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 102 (D5): 6099–6108. Bibcode:1997JGR...102.6099G. doi:10.1029/96jd03125. ISSN 0148-0227.
  23. ^ Cashman, Katharine V.; Scheu, Bettina (2015), "Magmatic Fragmentation", The Encyclopedia of Volcanoes, Elsevier, pp. 459–471, doi:10.1016/b978-0-12-385938-9.00025-0, ISBN 9780123859389
  24. ^ Houghton, Bruce; White, James D.L.; Van Eaton, Alexa R. (2015), "Phreatomagmatic and Related Eruption Styles", The Encyclopedia of Volcanoes, Elsevier, pp. 537–552, doi:10.1016/B978-0-12-385938-9.00030-4, ISBN 9780123859389
  25. ^ McNutt, Stephen R.; Williams, Earle R. (2010-08-05). "Volcanic lightning: global observations and constraints on source mechanisms". Bulletin of Volcanology. 72 (10): 1153–1167. Bibcode:2010BVol...72.1153M. doi:10.1007/s00445-010-0393-4. ISSN 0258-8900 – via Research Gate.
  26. ^ Durant, A. J.; Shaw, R. A.; Rose, W. I.; Mi, Y.; Ernst, G. G. J. (2008-05-15). "Ice nucleation and overseeding of ice in volcanic clouds". Journal of Geophysical Research. 113 (D9): D09206. Bibcode:2008JGRD..113.9206D. doi:10.1029/2007jd009064. ISSN 0148-0227.
  27. ^ Arason, Þórdur; Þorláksdóttir, S.B.; et al. (2013). "Properties of ash-infused hail during the Grímsvötn 2011 eruption and implications for radar detection of volcanic columns" (PDF). Geophysical Research Abstracts. 15: EGU2013–EGU4797. Bibcode:2013EGUGA..15.4797A.
  28. ^ a b McNutt, S. R. (June 2, 2008). "Volcanic lightning: global observations and constraints on source mechanisms". Bulletin of Volcanology. 72 (10): 1153–1167. Bibcode:2010BVol...72.1153M. doi:10.1007/s00445-010-0393-4 – via Research Gate.[필요하다]
  29. ^ James, M. R.; Lane, S. J.; Gilbert, J. S. (2000). "Volcanic plume electrification: Experimental investigation of a fracture-charging mechanism". Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 105 (B7): 16641–16649. Bibcode:2000JGR...10516641J. doi:10.1029/2000JB900068. ISSN 2156-2202.
  30. ^ a b Alpin, Karen; et al. (2014). "Electronic Charging of Volcanic Ash" (PDF). Electrostatics.org. Retrieved May 8, 2018.
  31. ^ a b Aplin, K.L.; Bennett, A.J.; Harrison, R.G.; Houghton, I.M.P. (2016), "Electrostatics and In Situ Sampling of Volcanic Plumes", Volcanic Ash, Elsevier, pp. 99–113, doi:10.1016/b978-0-08-100405-0.00010-0, ISBN 9780081004050
  32. ^ Nicoll, Keri; M. Airey; C. Cimarelli; A. Bennett; G. Harrison; D. Gaudin; K. Aplin; K. L. Koh; M. Knuever; G. Marlton (2019). "First In Situ Observations of Gaseous Volcanic Plume Electrification" (PDF). Geophys. Res. Lett. 46 (6): 3532–3539. Bibcode:2019GeoRL..46.3532N. doi:10.1029/2019GL082211.
  33. ^ Bennett, A. J.; Odams, P.; Edwards, D.; Arason, Þ. (2010). "Monitoring of lightning from the April–May 2010 Eyjafjallajökull volcanic eruption using a very low frequency lightning location network". Environmental Research Letters. 5 (4): 044013. Bibcode:2010ERL.....5d4013B. doi:10.1088/1748-9326/5/4/044013.
  34. ^ a b c Genareau, Kimberly; Wardman, John B.; Wilson, Thomas M.; McNutt, Stephen R.; Izbekov, Pavel (2015). "Lightning-induced volcanic spherules". Geology. 43 (4): 319–322. Bibcode:2015Geo....43..319G. doi:10.1130/G36255.1. ISSN 1943-2682.
  35. ^ a b Perkins, Sid (March 4, 2015). "Flash glass: Lightning inside volcanic ash plumes create glassy spherules". American Association for the Advancement of Science.
  36. ^ Genareau, K.; Gharghabi, P.; Gafford, J.; Mazzola, M. (2017). "The Elusive Evidence of Volcanic Lightning". Scientific Reports. 7 (1): 15508. Bibcode:2017NatSR...715508G. doi:10.1038/s41598-017-15643-8. ISSN 2045-2322. PMC 5686202. PMID 29138444.