Et internasjonalt team av forskere ledet av Ludwig Maximilian University (LMU) i München og University of Durham har publisert i det prestisjetunge tidsskriftet Natur en studie som kan ha oppdaget årsaken til vulkansk lyn. Bilder av store eksplosive utbrudd, som de av vulkan Taal eller avHunga Tonga-Hunga Ha’apaiviser ofte spektakulære nett av blått lyn som river i stykker askesøylen. Dette fenomenet, uansett hvor det er dokumentert, har alltid vært sant puslespill for fysikere: hvordan er det mulig at enkle partikler av pulverisert stein genererer en så høy spenning at de lager kilometerlange lyn? Til nå var den mest akkrediterte hypotesen basert utelukkende på «triboelektrisitet»eller utvekslingen av ladninger som skjer når partikler kolliderer med hverandre, litt som når vi får elektrisk støt når vi går ut av bilen. Imidlertid traff denne modellen en fysisk begrensning: vulkansk aske er hovedsakelig sammensatt av silika (SiO2), et isolerende materiale som har en tendens til å beholde ladningen i stedet for å overføre den. I teorien burde elektrisiteten ha forblitt «fanget» på hvert korn, noe som gjør det umulig for slike massive lyn å dannes. Likevel var utslippene reelle: hva var den manglende brikken da?
Karbon på silikakorn forårsaker elektriske stormer i utbrudd
Ved å analysere askeprøvene med avanserte teknikker, oppdaget studieforfatterne en umerkelig detalj, tidligere savnet: en belegg av karbon med nanometrisk tykkelse som omgir silikakornene. Corrado Cimarelliprofessor i vulkanologi ved LMU og hovedforfatter av forskningen, forklarte omfanget av oppdagelsen:
Ren silika har ikke de fysiske egenskapene til å støtte elektrisk aktivitet av denne intensiteten. Vi oppdaget at karbon, som avleires på asken under fragmenteringen av magmaen, skaper en ekte ‘ledende bro’ på overflaten av partiklene. Dette forvandler hvert korn til et element som er i stand til å transportere og akkumulere elektriske ladninger ekstremt effektivt.
Hvordan vulkansk lyn dannes: hva studien sier
Men hvor kommer karbon fra? Svaret ligger i vulkanske gasser (som karbondioksid og metan) fanget i magmaen. Under utbruddet temperaturer og den trykk de er så ekstreme at disse gassene bokstavelig talt brytes ned, og «omslutter» asken akkurat som den dannes gjennom fragmentering. På denne måten blir partikler til guder mikrokondensatorer. Takk til ledende lag av karbon, kan ladningene bevege seg og samle seg i store områder av vulkanskyen i stedet for å forbli isolert. Når potensiell forskjell det blir uholdbart for luften, den elektriske utladningen utløses. Richard J. Brownvulkanolog ved University of Durham og medforfatter av studien, understreket hastigheten på prosessen:
Det er utrolig hvordan dette karbonbelegget dannes på en brøkdel av et sekund i den ekstreme varmen fra vulkanventilen. Denne usynlige ‘elektriske motoren’ setter seg sammen i utbruddets kaos, og setter scenen for de gigantiske utslippene vi observerer fra utsiden.
Hvorfor denne oppdagelsen er så relevant
Identifisere opprinnelsen til vulkanske lyn det er ikke bare en stor prestasjon for fysikkbøker, men har enorme praktiske implikasjoner for vår daglige sikkerhet. Å vite hvordan denne naturlige generatoren er slått på gjør at en overvåking i enestående sanntid: vulkansk lyn sender ut radiosignaler som kan detekteres av sensorer til og med tusenvis av kilometer unna, noe som lar oss forstå umiddelbart hvis et utbrudd har blitt eksplosivtselv når vulkanen er dekket av skyer eller ligger i avsidesliggende områder. Videre er denne oppdagelsen avgjørende for flysikkerhetsiden elektrisk ladet aske representerer en alvorlig fare for flymotorer og instrumentering; å forstå overflatekjemien til asken vil hjelpe meteorologer og luftfartsmyndigheter å spore mye tryggere ruter under vulkanske nødsituasjoner. Avslutningsvis demonstrerer forskningen hvordan en mikroskopisk detalj kan bestemme dynamikken til globale naturfenomener. Mysteriet med vulkansk lyn er endelig besvart i den komplekse kjemiske interaksjonen mellom gass og bergarter i hjertet av vulkanen.
