Nel 2015, un vulcano vicino a Colima, Il Messico ha lanciato nell'aria enormi pennacchi di cenere scura e ha creato fulmini drammatici. Il vulcano è uno dei più attivi dell'America centrale. Marc Szeglat/Barcroft Media/Barcroft Media tramite Getty Images

I fulmini ci abbagliano e i pennacchi vulcanici possono essere affascinanti. Quindi un vulcano in piena eruzione fiancheggiato da zigzag di fulmini deve essere uno degli spettacoli più belli della natura. E questo è. Le persone osservano questo spettacolo da migliaia di anni. Quando Plinio il Giovane vide l'eruzione del Vesuvio nel 79 d.C., notò un "colpo di fulmine" illuminare il cielo mentre la cenere vulcanica eruttava.

Che queste due cose stessero accadendo contemporaneamente potrebbe non essere stata una coincidenza. Oggi è risaputo che pennacchi fluttuanti di cenere vulcanica sono in grado di generare fulmini. Ora per la prima volta in assoluto, puoi ascoltare i tuoni. All'inizio di questo mese, il mondo ha appreso che un team guidato dal geologo dell'USGS Matt Haney è riuscito a isolare e registrare il suono del tuono prodotto dal vulcano. Una cosa del genere non era mai stata fatta prima e il risultato potrebbe aprire la strada a intuizioni salvavita.

La fisica del fulmine (normale)

Indipendentemente dalla sua traiettoria, ogni fulmine è prodotto dalla separazione di carica. Una nuvola di tempesta è come un enorme, batteria galleggiante. La base è carica negativamente mentre la parte superiore ha carica positiva. Durante i temporali, anche il terreno stesso si carica positivamente. Tutto questo significa che c'è un sacco di polarizzazione in corso.

Le cariche opposte si attraggono naturalmente e cercano di bilanciarsi a vicenda. Il fulmine è una scarica elettrica rapida che può comparire tra un'area carica positivamente e una carica negativa. Inviando elettroni verso uno di questi poli, il fulmine neutralizza temporaneamente la carica dello spazio tra di loro.

In primo luogo, come vengono elettrificate le nuvole temporalesche? Si pensa che le correnti d'aria spingano verso l'alto goccioline d'acqua fredda e piccole particelle di ghiaccio a una velocità accelerata. Mentre questi corpi viaggiano sempre più in alto, si scontrano con particelle più pesanti chiamate graupel (o "grandine dolce"), che si estendono nella metà inferiore della nuvola. Le collisioni teoricamente danno a quelle particelle che si arrampicano una carica positiva mentre il graupel si carica negativamente. Tienilo a mente perché ci aiuterà a capire come si possono formare i fulmini vulcanici.

Ghiaccio, Cenere ed Eruzioni

Il modo in cui un vulcano erutta dipende da molte cose. Un fattore importante è la temperatura del magma che giace sotto la superficie. Se questo materiale è caldo, diciamo, nello stadio di 1, 200 gradi Celsius (2, 192 gradi Fahrenheit) - ed è liquido, otterrai un'eruzione effusiva. In tali sfoghi, la lava scorre dolcemente lungo i fianchi del vulcano. Ma se il magma è più freddo e più viscoso, ciò significa che i gas all'interno del vulcano avranno più difficoltà a fuggire. Quindi otterrai molta pressione interna che culminerà in una cosiddetta eruzione esplosiva, con pennacchi di lava e cenere che schizzano verso il cielo.

"Qualsiasi vulcano che produce eruzioni esplosive e pennacchi di cenere potrebbe generare fulmini, "Matteo Haney, dottorato di ricerca, un geofisico con l'USGS e l'Alaska Volcano Observatory ad Anchorage, dice in una mail. "Vulcani che trasudano lava in un'eruzione effusiva, invece di uno esplosivo, non sarebbe in grado di produrre fulmini."

Il fulmine stesso viene creato in due modi; entrambi coinvolgono pennacchi di cenere. A volte, quando c'è una nuvola di cenere vulcanica che si libra sul terreno, le singole particelle di cenere sfregano insieme. che produce elettricità statica, con alcune particelle che si caricano positivamente e altre che diventano negative. Il risultato è un ambiente perfetto per i fulmini.

"L'altro modo è che la cenere si ricopra di ghiaccio ad alta quota nel pennacchio vulcanico e che le particelle di cenere ricoperte di ghiaccio si scontrino tra loro, " Haney dice. "Questo secondo modo è simile al modo in cui i fulmini regolari vengono prodotti in alto in una nuvola temporalesca".

Registrazione tuono

Il tuono stesso si verifica dopo che il calore di un fulmine riscalda rapidamente alcune delle particelle d'aria circostanti mentre ne allontana altre. A seguito dello sciopero, l'aria si raffredda e si contrae ad alta velocità. L'attività emette uno scricchiolio che può essere 10 volte più forte del suono di un martello pneumatico. Eppure in un'eruzione vulcanica, è facile che il rombo del tuono venga soffocato da ruggiti e crepitii a lungo raggio, che sono ancora più assordanti.

Ecco perché le nuove registrazioni sono così rivoluzionarie. A dicembre 2016, Haney e altri cinque geologi installano microfoni su una delle isole Aleutine dell'Alaska. La massa continentale in questione si trovava vicino al vulcano Bogoslof, un 6, 000 piedi (1, 828 metri) colosso ancorato sul fondo dell'oceano con una cima appena sopra il livello del mare.

In un periodo di otto mesi, Bogoslof ha eruttato più di 60 volte. La squadra di Haney era lì per registrare tutto. Ha detto che hanno colpito la terra a marzo e giugno 2017 "analizzando le eruzioni a Bogoslof che si sono improvvisamente calmate". Una volta svanite le assordanti eruzioni, i loro strumenti erano in grado di captare i tuoni generati dal vulcano.

"Abbiamo mostrato che i segnali del tuono provenivano da una direzione diversa rispetto alla bocca vulcanica, " Dice Haney. Durante lo studio, sensori di fulmini sono stati utilizzati per individuare l'esatta posizione dei fulmini all'interno dei pennacchi di cenere di Bogoslof. Haney afferma che la sua squadra "ha mostrato che lo schema del tuono nel tempo corrispondeva allo schema del fulmine". In altre parole, c'era una precisa correlazione tra i due.

I risultati degli scienziati sono stati pubblicati su Geological Research Letters il 13 marzo, 2018. Ora che qualcuno ha finalmente trovato un modo per registrare il suono del tuono vulcanico, i futuri ricercatori cercheranno senza dubbio di ascoltarlo. Monitorando questi rumori, potremmo essere in grado di calcolare meglio quanto è grande o diffuso un determinato pennacchio di cenere. Questo potrebbe aiutarci a tenere gli aeroplani fuori dai guai e ad organizzare le evacuazioni post-eruzione.

Ora è interessante

Quando l'isola vulcanica di Krakatoa fece esplodere la sua cima nel 1883, l'eruzione fu rumorosa. Ridicolmente rumoroso. Un capitano di mare britannico che in quel momento si trovava a 40 miglia (64 chilometri) di distanza ha riferito che più della metà del suo equipaggio era assordato dal rumore. persone che vivono 3, 000 miglia (4, 828 chilometri) dal luogo dell'eruzione ha sentito quello che un testimone ha paragonato al "rombo lontano dei cannoni pesanti". E del tutto, alcuni dei riverberi atmosferici di Krakatoa hanno fatto il giro del mondo tre o quattro volte. sì.