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Relámpago volcánico

Los rayos volcánicos son descargas eléctricas causadas por una erupción volcánica en lugar de 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 lleva 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] son ​​de Plinio el Joven , que describe la erupción del Vesubio en el año 79 d. C.: "Había una oscuridad muy intensa que se volvía más aterradora por el destello intermitente de las antorchas a intervalos oscurecido por el resplandor pasajero de los relámpagos". [13] Los primeros estudios de 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 de relámpagos. [13]

Se han reportado casos sobre el volcán Monte Agustín en Alaska , [15] Eyjafjallajökull y Grimsvotn en Islandia , [16] el Monte Etna en Sicilia , Italia , [17] el volcán Taal en Filipinas , [18] el Monte Ruang en Indonesia, [19] y el 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 interacción magma-agua . [21] Las tormentas eléctricas ordinarias producen relámpagos a través de la carga de hielo [22] a medida que 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 es arrastrada desde el 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 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 respaldo a la hipótesis de la carga de hielo incluye la observación de que la actividad de los rayos aumenta enormemente 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 (friccional) dentro de la columna volcánica durante una erupción es un mecanismo de carga eléctrica importante. 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 manera similar a la forma en que las partículas de hielo chocan en las tormentas eléctricas normales . [12] La actividad convectiva que hace que la columna se eleve separa las diferentes regiones de carga, lo que en última instancia causa una ruptura eléctrica.

Fractoemisión

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

Carga radiactiva

Aunque se piensa que tienen un efecto pequeño en la carga general de las columnas volcánicas, los radioisótopos naturales presentes en las partículas de roca expulsadas pueden 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 descubrieron que ambas muestras poseían una radiactividad natural por encima del nivel de fondo, pero que los radioisótopos eran una fuente poco probable de autocarga en la columna de Eyjafjallajökull. [33] Sin embargo, existía la posibilidad de una mayor carga cerca del respiradero, donde el tamaño de las partículas es mayor. [32] La investigación continúa, y la electrificación a través de radioisótopos, como el radón , puede ser significativa en algunos casos y, en diversas magnitudes, un mecanismo bastante común. [34]

Altura de la pluma

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 de los rayos, mientras que las columnas de ceniza más pequeñas (1-4 km) parecen obtener más de su carga eléctrica de la fragmentación de rocas cerca del respiradero del volcán (fractoemisión). [30] La temperatura atmosférica también juega un papel en la formación de rayos. Las temperaturas ambientales más frías promueven la congelación y la carga de hielo dentro de la columna, lo que conduce a una mayor actividad eléctrica. [35] [33]

Esferulitas volcánicas inducidas por rayos

Estudios experimentales e investigaciones de depósitos volcánicos han demostrado que los rayos volcánicos crean un subproducto conocido como "esferulitas volcánicas inducidas por rayos" (LIVS). [36] [37] Estas diminutas esferulitas de vidrio se forman durante procesos de alta temperatura, como los rayos de nube a 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 derritan y luego se solidifiquen rápidamente a medida que se enfrían, formando formas orbiculares. [37] La ​​presencia de esferulitas 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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