Immagina di essere pronto a volare verso la tua destinazione di vacanza preferita quando improvvisamente un vulcano erutta, l'invio di enormi quantità di cenere vulcanica nell'atmosfera, e forzando la cancellazione del tuo volo. Questo è esattamente quello che è successo nell'aprile 2010 quando Eyjafjallajokull, un vulcano in Islanda, ha eruttato e interrotto i viaggi aerei in Europa per sei giorni. Gli scienziati stanno ora utilizzando la fisica del plasma per prevedere le caratteristiche di questi pericolosi pennacchi di cenere.

I vulcani sono rotture nella crosta di un pianeta e sono prevalenti in tutto il sistema solare. Sulla terra, i vulcani si trovano generalmente lungo i confini di placche tettoniche in collisione o divergenti o su buchi nella crosta del nostro pianeta chiamati hotspot.

Durante un'eruzione vulcanica, c'è un deflusso di gas ad alta pressione attraverso un ugello o uno sfiato. Ciò causa la formazione di quella che gli scienziati descrivono come un'onda d'urto stazionaria nella regione vicino alla bocca (Figura 1). Un'onda d'urto è un disturbo che si muove più velocemente della velocità del suono, come un boom sonico, e provoca un accumulo di densità mentre si propaga. Un'onda d'urto stazionaria è quella che rimane stazionaria, quindi l'accumulo di densità rimane al suo posto. Sebbene queste onde d'urto stazionarie siano state precedentemente esplorate nel contesto dei pennacchi dei razzi e dell'iniezione di carburante, ci sono relativamente pochi studi che coinvolgono il deflusso di un gas contenente particolato fine, soprattutto cenere vulcanica.

Recentemente, un gruppo di ricerca del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) ha utilizzato la fisica del plasma per studiare come l'aggiunta di cenere vulcanica influenzi le caratteristiche dell'onda d'urto stazionaria vulcanica e ha fatto una scoperta.

"Le nostre simulazioni mostrano che la cenere vulcanica modifica l'altezza, larghezza, e la durata dell'onda d'urto stazionaria, " dice il dottor Jens von der Linden, Il fisico LLNL e ricercatore capo del progetto che presenterà i risultati questa settimana alla conferenza dell'American Physical Society Division of Plasma Physics a Ft. Lauderdale, Florida.

I collaboratori dell'Università Ludwig-Maximillian hanno recentemente scoperto in esperimenti con tubi d'urto che la luce emessa dal plasma di scintille elettriche delinea la superficie d'urto in piedi in presenza di cenere vulcanica (Figura 2). Questa scoperta ora consente di tracciare la forma dell'onda d'urto stazionaria in esperimenti di laboratorio con diverse miscele di particelle e gas mediante l'imaging delle scintille elettriche.

Le osservazioni delle eruzioni vulcaniche suggeriscono che le particelle di cenere cariche nella regione di bassa pressione dell'onda d'urto stazionaria possono formare scintille, che possono essere rilevati dalle onde radio che producono. Nel futuro, gli scienziati potrebbero triangolare le posizioni delle scintille elettriche dalle misurazioni delle onde radio per determinare la struttura delle onde d'urto stazionarie sopra la bocca vulcanica e, confrontando la forma con i risultati numerici e sperimentali del Dr. von der Linden e colleghi, stimare il contenuto di particelle di cenere di un'eruzione.

"Queste stime di cenere potrebbero essere utilizzate per sviluppare previsioni precoci di pennacchi di cenere vulcanica che potrebbero essere pericolosi per l'aviazione, proprio come abbiamo visto nell'eruzione del 2010 di Eyjafjallajokull in Islanda, " ha detto il dottor von der Linden.