Представьте, что вы готовитесь лететь в свое любимое место отдыха, когда внезапно происходит извержение вулкана, выбрасывающее в атмосферу огромное количество вулканического пепла и вынуждающее отменить ваш рейс. Именно это и произошло в апреле 2010 года, когда извержение вулкана Эйяфьятлайокудль в Исландии на шесть дней нарушило воздушное сообщение в Европе. В настоящее время ученые используют физику плазмы для предсказания характеристик этих опасных шлейфов пепла.
Вулканы - это разрывы в коре планеты, распространенные по всей Солнечной системе. На Земле вулканы обычно располагаются вдоль границ сталкивающихся или расходящихся тектонических плит или в дырах в коре нашей планеты, называемых горячими точками..
Во время извержения вулкана происходит выброс газа под высоким давлением через сопло или вентиляционное отверстие. Это приводит к тому, что ученые называют стоячей ударной волной в районе жерла. Ударная волна - это возмущение, которое движется быстрее скорости звука, как звуковой удар, и вызывает увеличение плотности по мере своего распространения. Стоячая ударная волна остается неподвижной, поэтому накопление плотности остается на месте. Хотя эти стоячие ударные волны ранее исследовались в контексте ракетных шлейфов и впрыска топлива, относительно мало исследований, связанных с истечением газа, содержащего мелкие частицы, особенно вулканический пепел.
Недавно группа исследователей из Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса (LLNL) использовала физику плазмы для изучения того, как добавление вулканического пепла влияет на характеристики вулканической стоячей ударной волны, и сделала открытие.
«Наше моделирование показывает, что вулканический пепел изменяет высоту, ширину и время жизни стоячей ударной волны», - говорит д-р Йенс фон дер Линден, физик LLNL и ведущий исследователь проекта, который представит результаты на этой неделе. на конференции Отдела физики плазмы Американского физического общества в Форт. Лодердейл, Флорида.
Сотрудники Университета Людвига-Максимилиана недавно обнаружили в экспериментах с ударной трубкой, что свет, излучаемый плазмой электрических искр, очерчивает стоячую ударную поверхность в присутствии вулканического пепла. Это открытие теперь позволяет отслеживать форму стоячей ударной волны в лабораторных экспериментах с различными смесями частиц и газа путем визуализации электрических искр.
Наблюдения за извержениями вулканов показывают, что заряженные частицы пепла в области низкого давления стоячей ударной волны могут образовывать искры, которые можно обнаружить по производимым ими радиоволнам. В будущем ученые могли бы триангулировать положения электрических искр на основе измерений радиоволн, чтобы определить структуру стоячей ударной волны над жерлом вулкана и, сравнив форму с численными и экспериментальными результатами доктора фон дер Линдена и его коллег, оценить размер частиц пепла. содержание извержения.
«Эти оценки пепла могут быть использованы для разработки ранних прогнозов шлейфов вулканического пепла, которые могут быть опасны для авиации, точно так же, как мы видели во время извержения вулкана Эйяфьятлайокудль в Исландии в 2010 году», - сказал доктор фон дер Линден.