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relámpagos volcánicos

Los rayos volcánicos son descargas eléctricas causadas por una erupción volcánica, no por una tormenta eléctrica común . Los rayos volcánicos surgen de la colisión y fragmentaci...

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Los rayos volcánicos son descargas eléctricas causadas por una erupción volcánica, no por una tormenta eléctrica común . Los rayos volcánicos surgen de la colisión y fragmentación de partículas de ceniza volcánica (y a veces hielo ), [ 1 ] [ 2 ] que generan electricidad estática dentro de la columna volcánica , [ 3 ] lo que da origen al nombre de tormenta eléctrica sucia . [ 4 ] [ 5 ] Las corrientes de convección húmeda y la formación de hielo también impulsan la dinámica de la columna de erupción [ 6 ] [ 7 ] y pueden desencadenar rayos volcánicos. [ 8 ] [ 9 ] A diferencia de las tormentas eléctricas comunes, los rayos volcánicos también pueden ocurrir cuando no hay cristales de hielo en la nube de ceniza. [ 10 ] [ 11 ]

Las primeras observaciones registradas de relámpagos volcánicos [ 12 ] provienen de Plinio el Joven , quien describe la erupción del Vesubio en el año 79 d. C.: «Había una oscuridad muy intensa, acentuada por el intermitente resplandor de las antorchas a intervalos, oscurecido por el fugaz destello de los relámpagos». [ 13 ] Los primeros estudios sobre relámpagos volcánicos también fueron realizados en el Vesubio por Luigi Palmieri [ 14 ] , quien observó las erupciones de 1858, 1861, 1868 y 1872 desde el Observatorio del Vesubio . Estas erupciones a menudo incluían actividad eléctrica. [ 13 ]

También se han reportado casos de relámpagos volcánicos sobre el volcán Monte Augustine de Alaska , [ 15 ] Eyjafjallajökull y Grimsvötn de Islandia , [ 16 ] Monte Etna en Sicilia , Italia , [ 17 ] Volcán Taal en Filipinas , [ 18 ] Monte Ruang en Indonesia, [ 19 ] y Volcán de Fuego en Guatemala. [ 20 ]

Mecanismos de carga

Carga de hielo

Erupción del Monte Rinjani en 1994

Se cree que la carga de hielo juega un papel importante en ciertos tipos de columnas de erupción , particularmente aquellas que se elevan por encima del nivel de congelación o que involucran la interacción magma-agua . [ 21 ] Las tormentas eléctricas ordinarias producen rayos a través de la carga de hielo [ 22 ] cuando las nubes de agua se electrifican por la colisión de cristales de hielo y otros hidrometeoros . [ 23 ] Las columnas volcánicas también pueden transportar abundante agua. [ 24 ] Esta agua proviene del magma, [ 25 ] se vaporiza de fuentes circundantes como lagos y glaciares, [ 26 ] y se incorpora del aire ambiente a medida que la columna se eleva a través de la atmósfera. [ 6 ] Un estudio sugirió que el contenido de agua de las columnas volcánicas puede ser mayor que el de las tormentas eléctricas. [ 27 ] El agua se transporta inicialmente como un vapor caliente , que se condensa en líquido en la columna ascendente y finalmente se congela en hielo si la columna se enfría muy por debajo del punto de congelación. [ 28 ] Algunas erupciones incluso producen granizo volcánico. [ 7 ] [ 29 ] El apoyo a la hipótesis de carga de hielo incluye la observación de que la actividad de los rayos aumenta considerablemente una vez que las columnas volcánicas se elevan por encima del nivel de congelación, [ 30 ] [ 21 ] y evidencia de que los cristales de hielo en la parte superior del yunque de la nube volcánica son portadores de carga efectivos. [ 9 ]

Carga por fricción

Se cree que la carga triboeléctrica (por fricción) dentro de la columna de un volcán durante una erupción es un importante mecanismo de carga eléctrica. Las cargas eléctricas se generan cuando los fragmentos de roca, ceniza y partículas de hielo en una columna volcánica chocan y producen cargas estáticas , de forma similar a como chocan las partículas de hielo en las tormentas eléctricas normales . [ 12 ] La actividad convectiva que hace que la columna se eleve separa las diferentes regiones de carga, lo que finalmente provoca una ruptura eléctrica.

Fractoemisión

La fractoemisión es la generación de carga mediante la fragmentación de partículas de roca. Puede ser una fuente importante de carga cerca del cráter en erupción. [ 31 ]

Carga radiactiva

Aunque se cree que tiene un efecto pequeño en la carga general de las columnas volcánicas, los radioisótopos presentes de forma natural en las partículas de roca eyectadas pueden, no obstante, influir en la carga de las partículas. [ 32 ] En un estudio realizado sobre partículas de ceniza de las erupciones de Eyjafjallajökull y Grímsvötn , los científicos encontraron que ambas muestras poseían una radiactividad natural superior al nivel de fondo, pero que los radioisótopos eran una fuente improbable de autocarga en la columna de Eyjafjallajökull. [ 33 ] Sin embargo, existía la posibilidad de una mayor carga cerca del cráter, donde el tamaño de las partículas es mayor. [ 32 ] La investigación continúa, y la electrificación a través de radioisótopos, como el radón , puede en algunos casos ser significativa y, en diversas magnitudes, un mecanismo bastante común. [ 34 ]

Altura de la columna de humo

La altura de la columna de ceniza parece estar relacionada con el mecanismo que genera los rayos. En columnas de ceniza más altas (7–12  km), las grandes concentraciones de vapor de agua pueden contribuir a la actividad eléctrica, mientras que las columnas de ceniza más pequeñas (1–4  km) parecen obtener más carga eléctrica de la fragmentación de rocas cerca de la chimenea del volcán (fractoemisión). [ 30 ] La temperatura atmosférica también influye en la formación de rayos. Las temperaturas ambientales más frías favorecen la congelación y la acumulación de hielo dentro de la columna, lo que genera mayor actividad eléctrica. [ 35 ] [ 33 ]

Esférulas volcánicas inducidas por rayos

Estudios experimentales e investigaciones de depósitos volcánicos han demostrado que los rayos volcánicos crean un subproducto conocido como "esférulas volcánicas inducidas por rayos" (EVI). [ 36 ] [ 37 ] Estas diminutas esférulas de vidrio se forman durante procesos de alta temperatura, como los rayos que caen de la nube a la tierra, análogos a las fulguritas . [ 36 ] La temperatura de un rayo puede alcanzar los 30 000  °C. Cuando este rayo entra en contacto con partículas de ceniza dentro de la columna, puede hacer una de dos cosas: (1) vaporizar completamente las partículas de ceniza, [ 38 ] o (2) hacer que se fundan y luego se solidifiquen rápidamente al enfriarse, formando formas esféricas. [ 37 ] La presencia de esférulas volcánicas inducidas por rayos puede proporcionar evidencia geológica de rayos volcánicos cuando el rayo en sí no se observó directamente. [ 36 ]

Referencias

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