As erupções vulcânicas expelem lava, rocha e cinzas para o ar. Quando fragmentos desses materiais se misturam e colidem no escoamento, eles podem criar um potencial elétrico grande o suficiente para gerar raios.
Uma nova pesquisa feita por cientistas e colaboradores do Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) descobriu que as ondas de choque estacionárias no fluxo supersônico de gases impedem a propagação de descargas elétricas como faíscas e relâmpagos. Isso sugere que choques permanentes formados por uma erupção vulcânica podem suprimir ou reduzir os raios do vulcão durante a fase inicial de uma erupção. A nova pesquisa aparece na revista Communications Earth & Environment.
Na natureza, descargas elétricas na forma de relâmpagos são freqüentemente observadas não apenas em nuvens de tempestade, mas também em ambientes amplamente diversos que exibem fluxos turbulentos carregados de partículas, como plumas vulcânicas e redemoinhos.
Durante a descarga elétrica, as emissões de radiofrequência (RF) podem ser registradas, fornecendo um meio de rastrear a evolução progressiva no espaço e no tempo da fonte do raio. Semelhante à detecção de nuvens de tempestade e tempestades, a detecção de RF também está sendo usada para detectar e informar sobre os perigos associados a plumas vulcânicas carregadas de cinzas e nuvens de cinzas. Em particular, relâmpagos em vulcões ativos em um estado de agitação podem indicar o início de atividades explosivas perigosas e a produção de plumas de cinzas. Além disso, as descargas observáveis e as emissões de RF podem revelar os mecanismos que iniciam o raio e oferecer pistas sobre a composição do material em erupção.
Erupções vulcânicas explosivas podem gerar raios que emitem assinaturas de RF. Além disso, nos primeiros momentos da erupção, ondas de choque no fluxo supersônico podem atuar para mediar o caminho do relâmpago, modificando de forma reconhecível as assinaturas de RF.
A equipe imaginou faíscas e um choque permanente juntos em um jato supersônico transitório de micro-diamantes arrastados em argônio. As ondas de choque representam uma transição abrupta na densidade do gás e, portanto, na tendência do gás para ionizar. As simulações dinâmicas e cinéticas de fluidos do experimento ilustraram como as faíscas observadas são limitadas pelo choque permanente.
“Nós mostramos que as faíscas transmitem uma impressão do fluxo explosivo e abrem o caminho para uma nova instrumentação para diagnosticar fenômenos explosivos atualmente inacessíveis”, disse o autor principal Jens von der Linden, ex-cientista do LLNL agora no Instituto Max Planck de Física do Plasma.
Erupções vulcânicas explosivas produzem fluxos supersônicos por meio da liberação repentina de gases sobrepressurizados contidos no magma em erupção, resultando em ondas de choque.
Observações de vulcões em erupção no Alasca, Islândia e Japão revelaram que nos primeiros segundos após o início de uma erupção explosiva, assinaturas de RF distintas daquelas produzidas por raios formadores de líderes são registradas nas proximidades (dentro de dezenas a centenas de metros) de aberturas de vulcão.
“Se as fontes de emissão contínua de radiofrequência próxima à ventilação forem reguladas por ondas de choque estacionárias, então as antenas distribuídas podem apontar suas localizações, rastreando a evolução do choque estacionário regulador e fornecendo informações sobre a pressão e o conteúdo de partículas do fluxo explosivo.” disse Jason Sears, cientista do LLNL e principal investigador do projeto. “Os experimentos e simulações de descompressão rápida que Jens conduziu permitem a observação e análise de eventos explosivos que produzem RF em seu início.”
Publicado em 28/09/2021 11h25
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